[發明專利]一種在鋁合金表面制備高硬度涂層的方法

有效

• 申請號: 201410644543.7
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104388927A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 黃燦;李文博;趙鳳翔;張悅;羅肖肖;鄧家飛
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 梁展湖;李海華

技術領域

本發明涉及材料表面處理和強化技術領域，尤其涉及一種在鋁合金表面制備高硬度涂層的方法；通過該方法在鋁合金的表面形成高硬度、高耐磨性和高耐腐蝕性的合金化層。

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背景技術

鋁及鋁合金是有色金屬中應用最廣泛的材料之一，鋁合金具有密度小、易加工、熱膨脹系數低、熱導率高、比剛度和比強度高等諸多優異性能。在日常生產和生活以及航空、汽車、高鐵、發動機活塞、光學儀器、導彈鑲嵌結構等領域取得了廣泛應用。但隨著工業生產的進一步發展，對鋁合金的表面性能提出了更高的要求，耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性顯得尤為重要。

目前，在鋁合金表面制備耐磨涂層的方法通常是在鋁合金表面噴涂一層粘結底層，再噴涂氧化物陶瓷工作層，制備出Ni/Al-Al2O3、NiCrAl-Al2O3、Ni?-Al2O3等復合涂層，但是這種方法制備出來的涂層結合強度低，并且表面容易形成氧化膜。如李福泉等（授權公告號：CN?100549233C）通過電弧輔助激光熔注陶瓷顆粒增強鋁或鋁合金表面。郭志猛等在“一種鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法”?（授權公告號：CN?100408724C）中通過在反應原料中加入過量的鋁，利用自蔓延反應放出的熱量使表面的鋁表面的氧化膜熔解，在離心力的作用下將氧化物分離。該方法只適合管類構件的內表面獲得耐磨涂層，并且因鋁合金的導熱作用，難以使鐵鋁金屬間化合物與鋁基體良好結合。

強流脈沖電子束(?HCPEB?)是近年來發展起來的一種新型高效表面處理技術，是以加速電子為能量載體的新型高能密度荷電粒子束流。強流脈沖電子束比脈沖離子束易于引出和控制，裝置簡單可靠。強流脈沖電子束照射金屬材料時不存在脈沖激光束的能量反射問題，能量吸收率受材料成份和表面形態的影響小。強流脈沖電子束比是在真空環境中完成，可有效抑制材料的高溫氧化和污染等問題。如“超高強度鋁合金表面合金化的處理方法”（授權公告號：CN?102691040A），但是電子束表面處理得到的表面改性層太薄，對于工作在劇烈摩擦環境的鋁合金零件表面不能起到足夠的保護。

孫榮祿等（授權公告號：CN?100491593C）發明了一種高能密度激光重熔表面熔覆SiC/Al-Si粉末的鋁合金表面強化方法，在鋁合金基體上獲得表面質量良好、高耐磨和高硬度的強化涂層。但是采用陶瓷粉末來提高鋁合金的耐磨性，不能從本質上解決高熔點陶瓷層帶來的結合界面裂紋和開裂的問題。

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發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種在鋁合金表面制備高硬度涂層的方法，表面涂層具有硬度高、耐磨性和抗氧化性好、冶金結合力強等優點。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是這樣的：一種在鋁合金表面制備高硬度涂層的方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）分別稱取Cr、Ti、Si、Ni和Al粉末，其中，Cr、Ti、Si、Ni和Al的摩爾百分比為：Cr：20—30%，Ti：20—30%，Si：20—30%，Ni：20—30%，Al：0—3%；

2）將1）中稱取好的粉末放入球磨機中混合2—5小時；

3）配置濃度為4%的聚乙烯醇溶液，并水浴加熱，使其聚乙烯醇完全溶化；

4）用金相砂紙將鋁合金板表面的氧化膜打磨掉，并用丙酮清洗干凈；

5）將2）混合好的粉末用3）配置的聚乙烯醇溶液調和成粘稠狀，將其預涂覆在經4）處理后的鋁合金板上形成預制涂層，該預制涂層厚度為0.3-0.6mm，然后干燥2-5小時；

6）用激光器對鋁合金板上的預制涂層進行輻照，并采用高純氬氣保護。

進一步地，步驟6）中，激光焦斑的離焦量為3-5mm，脈沖寬度為5-10ms,激光峰值功率為6-8kw，頻率5-13HZ，掃描速度為2-6mm/s。

進一步地，所述激光器采用是UW-600A型YAG激光器。

進一步地，步驟1）中，采用電子天平FA2004N進行各種粉末的稱取。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1.通過本方法能夠在鋁合金基材的表面形成一層硬度高、耐磨性好的Al-Cr-Ti-Si-Ni合金化層，且合金化層與鋁合金基材有良好的結合力，抗氧化能力更強。

2.能夠有效提高鋁合金表面強度，提高鋁合金表面耐磨性和耐蝕性。

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附圖說明

圖1為實施例1得到的涂層的示意圖。

圖2為實施例1得到涂層的X射線衍射圖譜。

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具體實施方式