[發明專利]Fe－Al金屬間化合物/Al2O3陶瓷復合涂層及其制備方法

無效

• 申請號: 200810047352.7
• 申請日: 2008-04-17
• 公開（公告）號: CN101269562A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發明（設計）人: 周小平;胡心彬;王立世;閆鋒
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: B32B33/00
• 分類號: B32B33/00;B32B9/00;C23F17/00;C23C4/08;C23C4/10;C23C4/02;C23C4/18;C25D11/04;C25D11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層及其制備方法，可在鋼基材料(電極)表面獲得的這種涂層，具有較高的結合強度、硬度，能夠較大幅度提高壓鑄模的耐磨性、耐腐蝕性和抗熱疲勞性能，可以廣泛應用于壓鑄模的表面處理以及型腔因磨損尺寸超差失效模具的修復，延長壓鑄模的使用壽命。

背景技術

磨損、腐蝕和熱疲勞是壓鑄模主要的失效形式，為了提高其使用壽命，采用表面工程技術實施材料表面改性，是材料科學最活躍的前沿領域之一，已成為提高經濟效益的重要環節。與鋼鐵材料相比，陶瓷材料耐磨損、抗腐蝕，但易脆、不易加工。采用等離子噴涂的方法可以將一定厚度的陶瓷材料均布于鋼鐵表面，能夠提高鋼鐵材料的耐磨性、耐腐蝕性，但是噴涂陶瓷層與基底為機械結合，結合強度低，不能承受較大沖擊作用力，應用范圍受到很大限制。

微弧氧化的基本原理是使工作電壓突破傳統的陽極氧化的工作電壓范圍(法拉第區)，進入高電壓放電區，在電極上發生微等離子放電條件下，在基底材料(電極)上原位生成氧化膜。這項技術可以在鋁、鈦、鎂、鋯等金屬及其合金表面形成具有一系列特別優異性能的陶瓷膜層，與其他許多材料表面改性或涂覆技術相比有許多優越性。膜層性能方面，微弧氧化形成的氧化膜結合強度高，目前最高可達到350MPa以上，微弧氧化膜可以達到極高的硬度，并且硬度可以在很寬的范圍內進行調整，其范圍一般為1200～3500HV。微弧氧化膜具有很高的耐磨性、耐熱性和耐蝕性，摩擦系數小，導熱性低，與基底材料的熱膨脹系數差別小。

壓鑄模直接進行微弧氧化處理，不能形成氧化物陶瓷膜，如果采用熱噴涂的方法，在壓鑄模型腔表面噴涂一層鋁，再進行微弧氧化，即可獲得氧化鋁陶瓷涂層。

發明內容

本發明的目的是提供一種Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層及其制備方法，在鋼基材料表面制備Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層，采用本發明制備的復合涂層結合強度高，接合熱應力小，具有優異的耐磨性、耐腐蝕性和抗熱疲勞性能。

本發明的技術方案是：一種Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層，其特征在于：在鋼基材料表面有Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層，涂層總厚度0.1mm～2mm，涂層內微弧氧化Al₂O₃陶瓷涂層厚度50～200μm。

一種Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層的制備方法，其特征在于：采用熱噴涂方法，在鋼基材料(電極)表面獲得鋁涂層，經過熱處理后，在鋁涂層和型腔表面間界面上及鋁層內反應形成FeAl₂和FeAl相，使涂層和型腔之間產生冶金結合；再經過微弧氧化處理，在涂層表面獲得Al₂O₃陶瓷膜層。

如上所述的Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層的制備方法，其特征在于：所述熱噴涂方法具有如下特征：火焰噴涂，噴涂材料為-150～+200目鋁粉，或電弧噴涂，噴涂材料為2.0mm鋁絲。

如上所述的Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層的制備方法，其特征在于：所述熱處理方法具有如下的特征：

(1)加熱溫度：500～900℃；

(2)保溫時間：30～180min；

(3)冷卻方式：隨爐冷卻。

如上所述的Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層的制備方法，其特征在于：所述微弧氧化處理方法具有如下特征：

(1)電流密度在5～20A/dm²，溶液溫度不高于60℃，反應時間為10～60min；

(2)電解液的組成：六偏磷酸鈉10～20g/L，硅酸鈉5～10g/L，鎢酸鈉5～10g/L，碳酸鈉5～10g/L，氫氧化鈉2～5g/L。

如上所述的Fe-Al金屬間化合物/Al₂O₃陶瓷復合涂層的制備方法，其特征在于：

(1)壓鑄模型腔熱噴涂區域噴砂處理；