[發(fā)明專(zhuān)利]一種鋁-鋼復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210033808.4
• 申請(qǐng)日: 2022-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114369786A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳沖;魏世忠;馬晶博;熊美;毛豐;張國(guó)賞;王濤;張程;潘昆明;王長(zhǎng)記;江濤;徐流杰;李秀青;周玉成;王曉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C4/08
• 分類(lèi)號(hào): C23C4/08;C23C4/073;C23C30/00;B22D19/16
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 李寧

本發(fā)明涉及一種鋁?鋼復(fù)合材料及其制備方法，屬于雙金屬液固復(fù)合鑄造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的鋁?鋼復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：在鋼基材表面涂覆高熵合金涂層，然后在高熵合金涂層上復(fù)合鋁層。本發(fā)明的鋁?鋼復(fù)合材料的制備方法具有易于控制、成本較低，便于工業(yè)量產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。高熵合金具有緩慢擴(kuò)散的特性，鋁中各元素和鋼中各元素在高熵合金中的擴(kuò)散速率明顯低于其在其他合金及純金屬中的擴(kuò)散速率，高熵合金的高溫抗氧化性也比鋼好得多。在鋼基材表面涂覆高熵合金層，可以抵制鋼基材表面過(guò)早氧化，改善界面潤(rùn)濕性，抑制鋁/鋼金屬間脆性化合物的生長(zhǎng)而使界面化合物層變薄，促進(jìn)鋁/鋼雙金屬界面的冶金結(jié)合，提高界面結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁-鋼復(fù)合材料及其制備方法，屬于雙金屬液固復(fù)合鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域，汽車(chē)自重大，不但影響汽車(chē)效率的提升，還降低了汽車(chē)的燃油效率。汽車(chē)輕量化是解決能源過(guò)渡損耗的主要方式之一。而汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化是提升汽車(chē)整體性能的關(guān)鍵，對(duì)降低損耗有重要意義。鋁/鋼雙金屬?gòu)?fù)合材料的目的是將鋼的高溫強(qiáng)度、耐磨性能等力學(xué)性能與鋁的低密度、高導(dǎo)熱、耐腐蝕等性能結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)輕量化的目標(biāo)。目前雙金屬?gòu)?fù)合的方法主要有固固復(fù)合、液液復(fù)合以及液固復(fù)合。固固復(fù)合屬于機(jī)械結(jié)合，在結(jié)合性能上達(dá)不到冶金結(jié)合的性能。液液復(fù)合工藝難度較大。而液固復(fù)合最重要的結(jié)合方式為冶金結(jié)合，相比較于機(jī)械結(jié)合有更好的結(jié)合性能。

現(xiàn)有的鋁-鋼雙金屬液固復(fù)合工藝在復(fù)合前，往往將鋼基表面電鍍鎳或銅，或?qū)摶w放入鋁熔體中進(jìn)行熱浸鍍。鋼基表面電鍍鎳或銅，鍍鎳或鍍銅層與缸體結(jié)合較差，液固復(fù)合后，界面處存在一定的縫隙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)界面完全的冶金結(jié)合，導(dǎo)致界面剪切強(qiáng)度較低。鋼基表面進(jìn)行熱浸鍍雖然能夠有效實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，但是熱浸時(shí)容易產(chǎn)生漏鍍現(xiàn)象，使過(guò)渡層厚度不均勻，造成鋁-鋼復(fù)合材料的界面結(jié)合強(qiáng)度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁-鋼復(fù)合材料的制備方法，用于解決目前制備的鋁-鋼復(fù)合材料存在的界面結(jié)合強(qiáng)度較低的問(wèn)題。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種鋁-鋼復(fù)合材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鋁-鋼復(fù)合材料的制備方法所采用的技術(shù)方案為：

一種鋁-鋼復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：在鋼基材表面涂覆高熵合金涂層，然后采用液固復(fù)合工藝在高熵合金涂層上復(fù)合鋁層。

本發(fā)明的鋁-鋼復(fù)合材料的制備方法具有易于控制的優(yōu)點(diǎn)。高熵合金具有緩慢擴(kuò)散的特性，鋁中各元素和鋼中各元素在高熵合金中的擴(kuò)散速率明顯低于其在其他合金及純金屬中的擴(kuò)散速率，高熵合金的高溫抗氧化性也比鋼好得多。在鋼基材表面涂覆高熵合金層，可以抵制鋼基材表面過(guò)早氧化，改善界面潤(rùn)濕性，抑制鋁/鋼金屬間脆性化合物的生長(zhǎng)而使界面化合物層變薄，促進(jìn)鋁/鋼雙金屬界面的冶金結(jié)合，提高界面結(jié)合強(qiáng)度。

高熵合金為由五或五種以上主元素以等摩爾比或接近等摩爾混合而成的固溶體合金，每種原子的原子分?jǐn)?shù)在5％和35％之間。優(yōu)選地，所述高熵合金涂層為FeCoCrNi系高熵合金涂層。FeCoCrNi系高熵合金涂層具有面心立方晶格(fcc)的晶體結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e為主元素之一，具有與鋼復(fù)合無(wú)新的化合物相形成的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述FeCoCrNi系高熵合金涂層為FeCoCrNiAl、FeCoCrNiMn、FeCoCrNiCu或FeCoCrNiTi高熵合金涂層。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述FeCoCrNi系高熵合金涂層為FeCoCrNiAl系高熵合金涂層。FeCoCrNiAl系高熵合金涂層中，Al和Fe均為主元素之一，對(duì)于鋁和鋼都有很好的潤(rùn)濕性，可以提高鋁和鋼之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。

優(yōu)選地，所述高熵合金涂層的厚度為30～60μm。將高熵合金涂層的厚度控制在30～60μm，可有效改善潤(rùn)濕性和抑制界面元素?cái)U(kuò)散，從而可形成較厚的化合物層。高熵合金涂層的厚度過(guò)小，高熵合金層易快速溶解擴(kuò)散進(jìn)鋁合金熔體中，抑制元素?cái)U(kuò)散作用減弱；高熵合金涂層的厚度過(guò)大，界面化合物層也易較厚，不利于提高界面強(qiáng)度。