[發明專利]一種復合鍍層鋁合金耐磨件制備方法

無效

• 申請號: 200810042319.5
• 申請日: 2008-08-29
• 公開（公告）號: CN101358364A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 錢士強;王偉;黃晨;李曼萍;李培耀
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D5/08;C25D5/30;C25D15/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳瑾瑜

技術領域

本發明涉及材料領域，具體為復合鍍層鋁合金耐磨件制備方法。

背景技術

采用鋁合金等輕質材料，實現汽車輕量化，降低能耗、節約能源，是現代汽車工業發展的核心問題之一。

日本的豐田、日產、本田和美國的福特、通用、克萊斯勒等幾大汽車公司廣泛使用了鋁合金活塞、氣缸體、缸蓋、鋁合金齒輪和挺桿等產品。其中，鋁缸體和缸蓋的使用占較大的比例。然而，由于鋁合金質軟，摩擦系數大，難以潤滑，易拉傷，耐磨性差，鋁制缸體、缸蓋和活塞等部件通常采用鑲嵌套、鑲氣門座、鑲活塞環槽等處理來保證其耐磨性。但鑲嵌處理帶來的問題是，鑲嵌體和鋁件之間存在氣隙，惡化了鋁部件的熱流動，導致鑲嵌體的溫度升高，其抗熱疲勞、高溫磨損、熱腐蝕性能明顯惡化，降低了其使用壽命。因此，直接對鋁合金表面進行強化處理成為延長鋁合金部件壽命的關鍵技術。

目前，以電刷鍍為代表的局部高速電沉積復合鍍層已經被較深入的研究，但其真正被應用于生產實踐的尚不廣泛，原因在于用電刷鍍獲得的復合鍍層，其某些性能(如鍍層中的微粒含量等)不能讓人滿意。由于其技術與工藝的局限性，至今難以取得令人滿意的復合鍍層。

高速電噴鍍作為一種局部高速電沉積技術，在電沉積過程中，一定流量和壓力的電解液從陽極噴嘴垂直噴射到陰極表面，使得電沉積反應在噴射流與陰極表面沖擊的區域發生。電解液的沖擊不僅對鍍層進行了機械活化，同時限制了部分晶粒在垂直方向上的過快增長，便于去除鍍層表面的浮層和粗晶粒層，有效地減少了擴散層地厚度，改善了電沉積過程，使鍍層組織致密，晶粒細化，性能提高。

雖然高速電噴鍍鍍層的防腐蝕效果較好，但鍍層與基體存在成分突變和性能突變，導致使用過程中鍍層易剝落。

因此需要一種新的工藝能使鍍層與金屬基體牢固結合，從而提高鋁合金的耐磨程度。

發明內容

本發明旨在針對現有技術的不足，提供一種復合鍍層鋁合金耐磨件制備方法，所得到的產品具有良好的耐磨性且鍍層與金屬基體結合牢固。

復合鍍層鋁合金耐磨件的制備方法包括如下步驟：

(1)鋁合金基體表面預處理；

(2)二次鍍鋅工藝處理，在鋁合金基體表面鍍鋅，制備Zn過渡層；

(3)用高速電噴鍍方法制備Ni-TiN陶瓷層，沖洗并干燥；

鍍液以能夠沉積鎳的鍍液體系為基礎鍍液，并含有濃度為2～10g/L的納米級或微納米級TiN顆粒和適量高分子分散劑；

高速電噴鍍的電流密度為60～75A/dm²，噴射速度150～400L/h，噴嘴掃描速度10～25mm/s；高速電噴鍍電壓6～8V，噴嘴高度2～4mm，在鍍液工作溫度40℃～50℃的條件下高速電噴鍍10～20min；

(4)等離子弧掃描強化處理；工藝條件為：等離子弧掃描速度2～6mm/s，離子氣流量1.5～3L/min，噴嘴高度10～14mm，噴嘴的直徑為0.5～1mm，電流18～25A。

步驟(3)的鍍液中將納米級或微納米級TiN顆粒分散到水中，加入高分子分散劑制得懸浮液，再與基礎鍍液混合得到鍍液；或者先將高分子分散劑與水混合，再加入納米級或微納米級TiN顆粒制得懸浮液，再與基礎鍍液混合得到鍍液。

其組分包括：鎳離子55～62g/L，檸檬酸三銨40～60g/L，氨水140～160ml/L，納米級或微納米級TiN顆粒2～10g/L和適量的高分子分散劑；且鍍液pH值為6.0～7.5。

高分子分散劑可選用十二烷基硫酸鈉、聚氧乙烯月桂醚、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或聚乙二醇。

鍍鋅制備Zn過渡層，主要是為了防止預處理后的鋁合金基體表面重新生成氧化膜，以及防止零件浸入鍍液后發生金屬置換反應而形成疏松的接觸鍍層，影響鍍層與基體的結合力。采用二次鍍鋅工藝，即第一次鍍鋅后在HNO₃溶液中退除，經水洗后，在濃度較低的鍍鋅溶液中重新鍍鋅。經過二次鍍鋅得到的鍍鋅層非常致密、均勻、完整、且與基體的結合力更好。

所得到的復合鍍層鋁合金耐磨件，包括鋁合金基體和位于鋁合金基體表面的復合鍍層，其中復合鍍層包括Zn過渡層及Ni-TiN陶瓷層，Zn過渡層位于鋁合金基體和Ni-TiN陶瓷層之間；Zn過渡層的厚度為0.002～0.003mm。Ni-TiN陶瓷層厚度為0.25～0.5mm。其結構如圖1。