[發(fā)明專利]一種采用電子束輻照制備鋁鎳合金的方法

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• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104593782A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高景龍;蘇鏡宇;智業(yè);許奇鋼;劉艷輝
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: C23F17/00
• 分類號: C23F17/00;C23C18/36;C21D1/09
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務(wù)所(普通合伙) 21228
• 代理人: 李福義

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。特別設(shè)計一種采用電子束輻照制備鋁鎳合金的方法。

背景技術(shù)

鋁及其合金由于具有重量輕、導(dǎo)電性能好，易沖壓、拉伸和加工的特點，成為目前工業(yè)中使用量僅次于鋼鐵的第二大金屬材料。但鋁及鋁合金也存在耐磨性差、硬度低等缺點，影響了其應(yīng)用范圍和使用壽命。因此鋁合金在使用前往往須經(jīng)過相應(yīng)的表面處理以滿足其對環(huán)境的適應(yīng)性和安全性要求，減少腐蝕，延長使用壽命。隨著國民經(jīng)濟的進一步發(fā)展，鋁合金材料在各行各業(yè)中的應(yīng)用將更加廣泛，特別是在航天、航空、輕工、建筑、汽車、電子、通訊等領(lǐng)域。鋁合金在使用材料中所占的比例將越來越大，其伺服條件也越來越苛刻，同時對鋁合金的表面處理的要求也越來越高，只有賦予其各種優(yōu)異的表面功能特性，才能使鋁合金在使用中承受更加惡劣的工作環(huán)境需求。

目前，鋁合金表面改性技術(shù)中陽極氧化是應(yīng)用最廣與最成功的技術(shù)，也是研究和開發(fā)最深入與最全面的技術(shù)。用鋁合金制品作陽極，通電氧化，使鋁合金制品表面形成一層較厚而致密的硬質(zhì)氧化物保護膜，該膜具有雙層結(jié)構(gòu)，表面為多孔蜂窩狀，較之鋁合金的天然氧化膜，其耐蝕性、耐磨性均顯著提高。除此之外，鋁合金表面處理技術(shù)還有電鍍技術(shù)、化學(xué)鍍技術(shù)、電弧噴涂技術(shù)、激光表面改性技術(shù)、等離子體表面改性等。這些方法都能在一定程度上改善鋁合金的耐腐蝕性及鋁合金表面耐磨性。但這些技術(shù)除了存在著或是操作復(fù)雜、或具有污染等缺點外，都不是在鋁合金表面制備合金層的技術(shù)。

電子束加工技術(shù)是利用高能量密度的電子束流作為熱源，對材料或構(gòu)件進行特種加工的技術(shù)，起步于70年代。80年代后期，得以加速發(fā)展，美國、歐共體、日本等發(fā)達國家相繼建立了自己的高能束流技術(shù)研究中心。我國對高能束流技術(shù)的研究起步較晚，和世界一些發(fā)達國家研究相比，差距較大。

脈沖電子束表面處理是一種選擇性區(qū)域處理。從電子槍陰極表面發(fā)射的電子，經(jīng)加速后直接轟擊需要處理的工件表面，瞬間的能量轉(zhuǎn)換和沉積使幾個μm到幾個mm?“表面層”溫度急劇升高，而“基體”仍保持“冷態(tài)”。電子束結(jié)束輻照后，加熱區(qū)域的熱量迅速向基體擴散，表面層的溫度急劇下降，從而在表面改性層中形成特定的加熱、冷卻過程。以上述過程為基礎(chǔ)，通過控制入射電子束的形成、能量幅值及空間分布，同時附以必要合金元素（氣體或固體）的添加，就構(gòu)成了脈沖電子束表面改性處理的獨特工藝。

總之，迄今為止，沒有人采用化學(xué)鍍技術(shù)和強流脈沖電子束輻射技術(shù)相結(jié)合的方法制備鋁鎳合金。

發(fā)明內(nèi)容:

本發(fā)明的目的在于提供一種在鋁基材料表面制備一層鋁鎳合金方法，該方法采用在鋁基材料表面化學(xué)鍍鎳和強流電子束輻射方法相結(jié)合獲得鋁鎳合金層。此合金層可以提高鋁合金的使用壽命。

一種采用電子束輻照制備鋁鎳合金的方法，包括如下工藝步驟：

（1）鋁基材料表面預(yù)處理：將鋁基材料用水磨砂紙打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面雜質(zhì)、烘干后備用；

（2）將預(yù)處理后的鋁基材料放入配制好的化學(xué)鍍鎳液中，化學(xué)鍍鎳成分為：?NiSO₄為10g/L、NaH₂PO₄為30g/L、乳酸25mg/L、硫脲5mg/L、十二烷基硫酸鈉2mg/L，化學(xué)鍍鎳處理，在其表面化學(xué)鍍上一層2~8μm厚的金屬鎳層；

（3）用清水反復(fù)清洗后，烘干，放入強流脈沖電子束真空樣品室內(nèi)；

（4）啟動強流脈沖電子束儀器，渦輪分子泵抽真空至真空度小于3×10^-2Pa后，采用強流脈沖電子束輻照沖擊材料表面，進行表面合金化處理；處理參數(shù)為：加速電壓8-15KV，電流50-200A，脈沖間隔5-60秒，脈沖次數(shù)為10-80次。

（5）用XRD對獲得鋁鎳合金層進行相組成分析，將獲得的衍射譜圖和標準譜圖比對，以便確定電子束輻射處理是否能夠制備鋁鎳合金。

所述的步驟（2）中金屬鎳層優(yōu)選3~5μm。

所述的步驟（3）中加速電壓優(yōu)選10~15KV。

所述的步驟（3）中電流優(yōu)選100~150A。

所述的步驟（3）中脈沖間隔優(yōu)選10-30秒。

所述的步驟（3）中脈沖次數(shù)優(yōu)選15~30次。

本發(fā)明與其他技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

（1）對鋁合金進行合金化處理能夠賦予其優(yōu)異的耐磨性能并有效地改善鋁合金基體的耐腐蝕性能，該合金層與鋁合金金屬基體有良好的結(jié)合力。

（2）采用化學(xué)鍍的方式在鋁合金表面覆上鎳層，具有易于實施，經(jīng)濟適用的優(yōu)點。