[發明專利]一種鋁合金表面鎳基合金層強化方法

無效

• 申請號: 201210479338.0
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102936724A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 王成磊;高原;徐晉勇;張光耀;蔡航偉;馬志康
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C19/05
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 巢雄輝

技術領域

本發明涉及對鋁合金表面進行改性的技術方法，尤其是一種加入稀土元素的鋁合金表面鎳基合金層的強化方法。

背景技術

眾所周知，鋁合金具有密度小、熱膨脹系數低、比剛度和比強度高、導熱導電性好、耐蝕性及成型性好等諸多優異性能，因此在航空航天、汽車、家電、先進制造、電力電氣等眾多領域的應用十分廣泛，但就鋁合金的性質而言也存在硬度相對較低、摩擦系數較高及由于耐磨性差、接觸面難以潤滑所導致容易磨損劃傷的缺點，這在一定程度上限制了鋁合金的使用范圍。近年來，用鋁合金表面陶瓷化技術來改進鋁合金表面性質倍受人們關注，該技術能有效增強鋁合金表面的耐磨性能和抵抗損傷劃傷的能力，可不同程度地改善鋁合金的表面的性能狀況。該技術目前有多種方法，常用的有稀土轉化膜、等離子微弧氧化、離子注入、氣相沉積、電鍍、陽極氧化、激光表面強化等。前幾種方法雖能改善鋁合金表面的耐腐蝕和耐磨性能，但所獲得的強化層較薄(僅有幾百個微米)，其強化層與基體之間屬機械結合界面或擴散結合界面，結合強度不高，因此耐磨性仍不高，還容易產生開裂、脫落等情況。而使用較多的陽極氧化法雖然工藝簡單，但在鋁基復合材料上不能形成連續的氧化膜，對基體不能起到有效的防腐作用，且生產中所產生的鉻酸鹽毒性很大，對環境容易產生嚴重污染并危害人們的健康。

在上述的幾種強化方法中，激光表面強化法是使鋁合金獲得較高的表面硬度和優良的耐腐蝕耐磨損性能的有效方法之一，且該方法還具有高效、無污染的特點，是目前有較好應用前景的方法之一，但在現有技術中，鋁合金表面激光處理法主要是在鋁合金表面熔覆銅基、鎳基及鐵基合金或復合材料，這雖然可大幅提高鋁合金表面耐磨耐腐蝕性能，但在一些重要和關鍵領域，這種鋁合金熔覆層的性質，特別是它的硬度和耐磨性能仍不能滿足工藝和使用要求。為進一步提高這種鋁合金表面熔覆涂層的性能，一些科研單位和部門采取在熔覆涂層中加入某些稀土元素使涂覆層合金化的做法，試驗表明，其對提高鋁合金的表面硬度及表面耐磨耐蝕性能有很顯著的效果，并正成為增強鋁合金表面激光熔覆涂層性能的重要方法之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種鋁合金表面鎳基合金層的強化方法，該方法將一定比例的稀土La和Ce摻入鎳基合金粉末中，利用這些稀土元素的特殊性質來提高鎳基合金的性能，并通過激光表面熔覆技術，使鋁合金表面獲得呈冶金結合的高硬度和高耐磨耐腐蝕性的鎳基合金層。

為達到上述目的，本發明含有稀土元素的鋁合金表面鎳基合金層的強化方法包括以下幾個步驟：

1、先對鋁合金基體表面進行處理，用機械和化學混合方法消除鋁合金基體表面的氧化膜，其工藝過程是用樣品金相砂紙對鋁合金表面進行粗磨→表面噴砂打磨→超聲波清洗→化學試劑清洗→吹干，其中化學試劑清洗是將鋁合金基體放入NaOH溶液中浸泡一定時間。

2、配置含有稀土La、Ce的鎳基合金熔覆材料：該鎳基合金熔覆材料配比按重量百分比計量，其中摻入稀土La、Ce為0.5%～6.5%、其余為鎳基合金的其它組成材料粉末；將上述熔覆材料粉末充分混合，經球磨機研磨后加入酒精粘結劑，攪拌均勻成糊狀，然后用刷子均勻涂覆在鋁合金基體表面，并使涂覆層達到設定厚度，經自然晾干后，再進行烘干處理。

3、把粘結了上述熔覆層材料的鋁合金基體裝入氬氣保護反應容器內，并將保護反應容器裝在可作三維運動的數控加工機床的工作臺上，隨后向保護反應容器注入99.999%高純度氬氣，并持續一定時間，使之盡可能排除反應容器內的空氣。

4、按照預定的激光熔覆工藝參數編制好數控程序，啟動數控機床的工作程序，同時啟動CO₂激光器對鋁合金熔覆層進行激光熔覆處理，讓激光束按照預定的加工程序掃描鋁合金基體表面上的熔覆層，使其多道掃描的搭接率為25%至30%。通過激光束的高溫熔覆，使鋁合金表面的上述涂層材料與鋁合金基體呈冶金結合。

在本發明中，含稀土La、Ce的鎳基合金熔覆材料組成為：稀土La和Ce?0.5%～6.5%、C：0.6%～1.0%、Si：2.0%～4.0%、W：3.0%～8.0%、Cr：10.0%～20.0%、Fe<15.0%，其余為Ni，雜質<1.0%。

激光熔覆的工藝參數為：工作氣體為CO₂，N₂，He（純度99.999%）的混合體，比例為1～5：10～20：20～40，其中CO₂氣體量為0.4KPa～0.6?KPa；激光功率2KW～6KW；光斑直徑1mm～6mm；激光掃描速率20～200mm/min。