[發(fā)明專利]鋁合金及其復(fù)合材料的表面強(qiáng)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310629089.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN104674231A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏少華;劉彥強(qiáng);左濤;聶俊輝;郝心想;馬自力;樊建中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號(hào): C23F17/00
• 分類號(hào): C23F17/00;C22F1/04
• 代理公司: 北京北新智誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金及其復(fù)合材料的表面強(qiáng)化方法。

背景技術(shù)

鋁合金及其復(fù)合材料具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、抗疲勞和蠕變性能良好、耐腐蝕等優(yōu)良性能，經(jīng)常作為首選的輕量化結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

噴丸強(qiáng)化是一種能夠有效提高零部件抗疲勞性能的重要手段，它可以在金屬表面形成一殘余壓應(yīng)力層，能夠防止和延緩疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展，提高零部件的疲勞壽命。另外表面殘余壓應(yīng)力還可以使零部件耐磨性能增強(qiáng)，能夠有效地防止應(yīng)力腐蝕，提高其腐蝕疲勞壽命。

鋁合金及其復(fù)合材料作為一種航空航天用關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)件，其表面質(zhì)量對(duì)其疲勞壽命影響非常敏感。傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化處理方法僅僅是把經(jīng)過塑性成形的零部件直接進(jìn)行噴丸處理，中間不經(jīng)過任何環(huán)節(jié)的處理。但實(shí)際上零部件在塑性成形結(jié)束后表面會(huì)殘留很多潤滑劑(如石墨等)，以及在塑性成形環(huán)節(jié)中引入的其它雜質(zhì)(如鐵屑等)，若零部件形狀復(fù)雜則可能產(chǎn)生很多折疊、凹坑等鍛造缺陷，僅通過單一的噴丸處理無法完全清除上述雜質(zhì)和缺陷，甚至?xí)岩恍╇s質(zhì)壓進(jìn)鍛件表層，為疲勞裂紋的萌生提供優(yōu)越條件，鍛件的疲勞壽命會(huì)隨之降低。因此，獲得一個(gè)潔凈、有殘余壓應(yīng)力的表面強(qiáng)化層尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金及其復(fù)合材料零部件的表面強(qiáng)化方法，該表面強(qiáng)化方法強(qiáng)化層更加潔凈、成本低、生產(chǎn)效率高，可以顯著提高材料的抗疲勞性能、耐磨性能等機(jī)械性能。

一種鋁合金及其復(fù)合材料零部件的表面強(qiáng)化方法，包括下述步驟：

(1)對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行噴砂處理，砂子粒徑為70～200μm，清理表面潤滑劑、污染雜質(zhì)和折疊缺陷等；

(2)對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行腐蝕處理，首先放入氫氧化鈉水溶液中浸泡，然后清水沖洗，再放入硝酸溶液中浸泡，清水沖洗，最后吹干，去除表面噴砂痕跡：

(3)對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行噴丸處理，彈丸采用球形玻璃丸，粒徑為70～200μm，形成壓應(yīng)力層。

對(duì)于承載結(jié)構(gòu)件而言，零部件表面質(zhì)量好壞會(huì)顯著影響其疲勞壽命，表面質(zhì)量好、存在壓應(yīng)力強(qiáng)化層則其疲勞壽命較長，所以獲得一個(gè)潔凈、有殘余壓應(yīng)力的表面強(qiáng)化層尤為重要。

本發(fā)明中，首先對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行噴砂處理，利用砂子較好的切削能力來清理在塑性成形階段引入表面的潤滑劑、污染雜質(zhì)或折疊缺陷等，砂子粒徑為70～200μm，噴射距離為10～40cm，氣體壓力0.2～1MPa，粒徑太小或太大的砂子切削能力差、噴砂效率低。

然后，對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行腐蝕處理，首先放入質(zhì)量濃度為10%～20%、溫度為50～80℃的氫氧化鈉水溶液中浸泡，浸泡時(shí)間為5～15min后清水沖洗，然后放入質(zhì)量濃度為5%～10%、溫度為室溫的硝酸溶液中浸泡，浸泡時(shí)間為1～3min后清水沖洗，再吹干；去除表面噴砂痕跡。噴砂處理后，材料表面會(huì)產(chǎn)生很多砂子留下的短劃痕(見圖2(a))，這種表面非常有利于疲勞裂紋萌生，會(huì)極大地降低零部件的使用壽命，所以采用價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單的氫氧化鈉溶液將其腐蝕清除，再采用硝酸溶液中和殘留的氫氧化鈉溶液，最終獲得一個(gè)光滑、潔凈的表面。

最后，對(duì)鋁合金及其復(fù)合材料零部件進(jìn)行噴丸處理，產(chǎn)生一個(gè)潔凈的壓應(yīng)力層，彈丸選用球形玻璃丸，粒徑為70～200μm，噴射距離為10～40cm，氣體壓力0.2～1MPa。

本發(fā)明的表面強(qiáng)化方法可廣泛應(yīng)用于2XXX系和6XXX系鋁合金及其復(fù)合材料的鑄件和模鍛件。

本發(fā)明的鋁合金及其復(fù)合材料零部件的表面強(qiáng)化方法的優(yōu)點(diǎn)為：該方法成本低、生產(chǎn)效率高、可獲得一個(gè)潔凈、有殘余壓應(yīng)力的表面強(qiáng)化層，具有強(qiáng)化層更加潔凈、成本低及生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，可以顯著提高材料的抗疲勞性能、耐磨性能等機(jī)械性能。

下面通過具體實(shí)施方式和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

附圖說明

圖1是鋁合金及其復(fù)合材料零部件的表面強(qiáng)化工藝流程簡(jiǎn)圖。

圖2(a)是15vol.%SiC_p/2009Al復(fù)合材料鍛件噴砂后顯微組織照片(日立S-4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，放大400倍)。

圖2(b)是15vol.%SiC_p/2009Al復(fù)合材料鍛件腐蝕后顯微組織照片(日立S-4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，放大400倍)。