[發明專利]一種鋁合金表面改性工藝及其制備的鋁合金表面耐磨結構

有效

• 申請號: 201410189102.2
• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN103981517A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 劉成龍;黃偉九;吳冰冰;張小彬;張毅;王偉
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C23C24/02
• 分類號: C23C24/02;B23K20/12
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明屬于鋁合金表面改性技術領域，具體地講，特別涉及一種鋁合金表面改性工藝及其制備的鋁合金表面耐磨結構。

背景技術

目前，鋁合金由于其高比強度、比剛度和良好的斷裂韌性，在航天航空、交通運輸等行業備受青睞。但是，在滑動摩擦接觸的情況下，用鋁合金制造的零部件表面容易產生粘著磨損和磨粒磨損，使零部件表面被擦傷或劃傷，導致摩擦力增大，進而產生大量的熱量，最終導致零部件的失效。研究表明，通過改變鋁合金表面狀態可以改善其摩擦學特性，如表面合金化、表面覆層及電子束改性等。上述技術多采用焦耳能、激光能或化學能，存在以下不足：較高的能量導致表面改性層性能惡化、形成有害相、能量利用率低、材料利用率低、能耗大、設備要求條件高和成本高等。

發明內容

本發明目的之一在于提供一種顯著提高耐磨性能的鋁合金表面改性工藝。

本發明目的之一的技術方案如下：

一種鋁合金表面改性工藝，包括以下步驟：

第一步、打磨，用砂紙打磨鋁合金表面；

第二步、除油，用丙酮清洗鋁合金表面，并吹干；

第三步、開槽，在鋁合金表面均勻開設寬0.5-2mm，深1-3mm的溝槽；

第四步、混合，將體積百分比為50％～75％的MoSi₂粉末和25％～50％的MoS₂粉末球磨混合，得到混合粉末；

第五步、填料，先在溝槽中填充占溝槽容積20％-50％的MoSi₂粉末，然后在溝槽中填充占溝槽容積50％～75％的混合粉末并壓實；

第六步、封槽，用短針的攪拌頭進行攪拌摩擦加工封槽；

第七步、攪拌摩擦加工，用長針攪拌頭進行至少一道次的攪拌摩擦加工，并且相鄰道次攪拌頭的旋轉方向相反。

采用上述方法，通過多道次的攪拌摩擦加工，在鋁合金表面添加MoSi₂和MoS₂，在摩擦磨損過程中，MoSi₂顆粒承擔主要載荷、與配偶件表面摩擦，從而保護鋁合金基體，降低材料的磨損率和磨損系數；而MoS₂通過在表面鋪展、在對磨的兩個表面形成潤滑膜，極大地減少對配偶件的磨損，降低磨損表面溫度；從而將MoSi₂與MoS₂各自的優勢相結合，并互補各自的缺點，取得了良好的混雜效應，使鋁合金材料具有優異抗磨減摩的耐磨性能。并且，在填料時，先填充MoSi₂粉末，后填充MoSi₂和MoS₂的混合粉末，加強了MoSi₂對基體的強化作用，進一步提高了耐磨性能。再則，開槽步驟中，在鋁合金表面均勻開設寬0.5-2mm、深1-3mm的溝槽，攪拌摩擦加工采用多道次，相鄰道次攪拌頭的旋轉方向相反，使表面的鋁合金、MoSi₂和MoS₂三個組分的分布更加均勻，無團聚堆積現象，提高了鋁合金表面耐磨層的使用壽命。

所述第四步中采用行星式球磨機，球料的質量比為5:1，轉速為300rpm/min，球磨時間為3小時。使MoSi₂和MoS₂粉末混合更加均勻。

作為優選，所述第四步和第五步中MoSi₂粉末的平均粒徑為2-23μm，MoS₂粉末的平均粒徑小于等于1.5μm。

所述第七步中攪拌摩擦加工的轉速為1000-1540rpm，移動速度25-90mm/min。

所述第七步中攪拌摩擦加工的道次為1-4次。

相鄰溝槽之間的間距d＝D/2，其中D為第七步中所用長針攪拌頭的軸肩直徑。

本發明目的之二在于提供由目的之一鋁合金表面改性工藝制備的鋁合金表面耐磨結構。