[發明專利]鋁合金表面預先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法

無效

• 申請號: 201010165411.8
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101812685A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 楊琪
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 楊杰民

技術領域

本發明是涉及鋁合金表面復合材料的制備方法，具體地說是一種鋁合金表面預先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法。

背景技術

鋁合金由于其重量輕、耐腐蝕的優點是現代制造業中最常使用的金屬材料。幾乎各種工業部門的設備、各種工具、建筑材料、生活用品的都離不開鋁合金材料。隨著技術的發展，鋁合金材料的應用范圍越來越廣泛。現有技術鋁合金材料的缺點是：硬度低；耐磨性差。使得鋁合金材料制做的設備和產品壽命短；同時也極大的限制了鋁合金材料的應用。現代科學技術的發展，現代裝備業、制造業迫切需要有硬度高、耐磨性強的鋁合金材料做為原料制造出更為先進的裝備、設備、工具、用品等等。但是這個問題無法解決，鋁合金材料的缺點是一個人們長期渴望解決的技術難題。

目前采用納米陶瓷顆粒作為增強物制備的鋁基激光熔覆層由于納米陶瓷顆粒相互吸附團聚造成涂層晶粒尺寸和成分不均勻性，使得其難以在工業上應用。

現有技術對于納米粉末的預置有以下3種方法：

1、機械混合使納米陶瓷粉末與其他粉末混合均勻，然后制成料漿，直接涂敷在基體表面或烘干后預置在基體表面；或直接將納米陶瓷粉末粘附在基體表面。

2、納米陶瓷顆粒表面涂敷金屬，增大納米陶瓷粒子的粒徑，提高其分散性。

3、熱噴涂將納米陶瓷粉末預置在基體表面，通過激光重熔形成激光熔覆層。

上述方法都存在著缺點：納米陶瓷粒子，通過機械混合難以得到很好的分散效果；表面涂敷金屬也只能使其分散性得到一定改善，不能解決納米陶瓷粒子的分散性問題；熱噴涂將納米陶瓷粒子預置在基體表面，會破壞納米陶瓷粒子的原始形態；而且處理工藝復雜，難以在實際中應用。

因此發明一種工藝簡單、操作容易、生產成本低、鋁合金材料硬度高、耐磨性強的鋁合金表面復合材料的制備方法是十分必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單、操作容易、生產成本低、鋁合金材料硬度高、耐磨性強的鋁合金表面復合材料的制備方法。

本發明目的是這樣實現的：

一種鋁合金表面預先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法，步驟如下：

(1)丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；

(2)對清洗過的鋁合金噴丸處理使表面粗化；

(3)配制質量百分比濃度0.1％-0.3％的HgCl₂催化劑溶液；

(4)5-95℃下將HgCl₂催化劑溶液敷在鋁合金表面，制得表層納米氧化鋁；

(5)將步驟(4)產物激光熔覆，工藝條件如下：激光輸出功率為2-5KW；激光光斑直徑1-3mm；掃描速度5-15mm/s；多道搭接、搭接率50％；氬氣保護；制得納米氧化鋁增強激光熔覆層。

步驟(3)中溶劑為水。

本發明要點在于：

清洗鋁合金表面；催化劑溶液涂敷鋁合金表層，制得納米氧化鋁；激光熔覆，制得納米氧化鋁增強激光熔覆層。通過本發明制備出來的鋁合金復合材料顯微硬度為HV300，比基體提高3-4倍；耐磨性能比基體提高5-7倍。

本發明與已有技術相比，其顯著特征是：用于鋁基激光熔覆層的納米氧化鋁不是外加的，而是通過化學反應在鋁合金表面預先合成的；預先合成的納米氧化鋁在隨后的激光熔覆過程中，會燒結成相互橋連的網狀結構，其強化效果優于單純顆粒增強、短纖維增強、顆粒/短纖維混雜增強的強化效果。

本發明過程中的鋁合金表面預處理，使用丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；采用噴丸處理使鋁合金表面粗化；是為了提高化學反應效果。丙酮清洗和噴丸處理為公知的已有技術。

本發明使用濃度為0.1-0.3％的HgCl₂水溶液作為合成納米氧化鋁的催化劑；將催化劑涂敷在鋁合金表面，5-95℃下進行化學反應，鋁合金表面生成納米氧化鋁。

將表面預先合成納米氧化鋁的鋁合金在激光輸出功率2-5KW、光斑直徑1-3mm和掃描速度5-15mm/s下進行掃描，制備鋁基激光熔覆層。

激光熔覆前的納米氧化鋁為直徑10-20nm、長度達到毫米級的氧化鋁納米纖維；激光熔覆后，納米氧化鋁增強物為相互橋連的網狀納米結構，具有顯著的納米強化效應。

本發明使用的催化劑原料為可溶性汞鹽，例如實施例中為HgCl₂。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

鋁合金表面通過化學合成納米氧化鋁，可以避免金屬表面外加納米陶瓷粉；不會帶來納米粒子相互團聚的問題。