專利名稱：鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金是世界上用量最大的有色金屬材料，它廣泛應(yīng)用于航空、航天和動(dòng)力機(jī)械中。但是，鋁合金的硬度很低，耐磨性能很差，應(yīng)用范圍受到很大的限制。例如，將發(fā)動(dòng)機(jī)由原來的鑄鐵材料換成鋁合金后，由于鋁合金耐磨性差，將使發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)壁與活塞接觸的部分產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，大大減少發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。此外，同步器齒環(huán)、活塞環(huán)等要求耐磨的零部件，采用鋁合金制造也達(dá)不到耐磨性的要求。采用熱噴涂技術(shù)在鋼鐵材料表面制備耐磨涂層，可以提高材料的耐磨性能。由于鋁合金的表面容易形成氧化膜，這層氧化膜在大氣中無論進(jìn)行何種預(yù)處理都不能徹底去除。氧化膜的熔點(diǎn)在2000°C以上，噴涂的熔滴無法將其熔化，噴涂后氧化膜處于涂層和鋁合金基體之間，阻礙基體金屬原子和涂層金屬原子的直接接觸，無法形成冶金熔合的焊接組織，只是一種機(jī)械相嵌和物理吸附狀態(tài)。因此，采用熱噴涂方法在鋁合金表面制備的耐磨涂層結(jié)合強(qiáng)度低，容易剝落，難以滿足工件使用要求。攪拌摩擦加工技術(shù)是一種新型制備金屬基復(fù)合材料的技術(shù)，它是利用攪拌頭造成加工區(qū)域材料的劇烈塑性變形、混合、破碎，實(shí)現(xiàn)材料微觀組織細(xì)化、均勻化和致密化。攪拌摩擦加工過程就是將基體固定在剛性墊板上，通過對(duì)板材開槽的方式，將增強(qiáng)材料預(yù)置于基體材料中。攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，在向下的壓力作用下，攪拌頭探針鉆入工件表面，軸肩緊密接觸工件表面，直至壓入材料表面以下一定深度。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭，通過庫侖摩擦和剪切摩擦產(chǎn)生大量的熱量，使其附近的金屬溫度迅速升高，形成熔融狀態(tài)，并產(chǎn)生材料大范圍的迅速遷移。攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，沿著加工方向運(yùn)動(dòng)，置入的增強(qiáng)材料被熔融的基體材料覆蓋、包裹，并被切割成很多個(gè)小體積的單元，這些單元隨攪拌摩擦加工過程不斷運(yùn)動(dòng)，最終停留在攪拌頭加工過的區(qū)域內(nèi)，完成固相加工過程下復(fù)合材料的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提供一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，采用本發(fā)明的復(fù)合高速鋼耐磨層和鋁基材間冶金結(jié)合，具有良好的耐磨性能。本發(fā)明所述鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層厚度為0. 1 mm -1 mm。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，包括以下步驟
(a)鋁合金表面除油和噴砂處理
除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分鐘，再用清水清洗；噴砂采用棕色氧化鋁砂粒， 粒度為500-550 μ m,噴砂機(jī)噴嘴出口壓力為0. 6-0. 7MPa，噴嘴距制品距離為25-30 mm ；
(b)鋁合金表面熱噴涂高速鋼涂層對(duì)經(jīng)過表面除油和噴砂處理的鋁合金制品進(jìn)行熱噴涂，熱噴涂用原材料為高速鋼粉末，粉末粒度為30-50μπι; (c)涂層攪拌摩擦加工
對(duì)熱噴涂高速鋼涂層的鋁合金制品進(jìn)行攪拌摩擦加工，攪拌摩擦加工在攪拌摩擦焊接設(shè)備上進(jìn)行，攪拌摩擦加工時(shí)，攪拌頭和高速鋼涂層直接接觸，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，并在水平方向移動(dòng)。如上所述的鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，其特征在于所述熱噴涂的方法包括氧-乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂、超音速火焰噴涂，熱噴涂涂層的厚度為 0. 2 mm -ι. 5 mm。如上所述的鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，其特征在于所述攪拌摩擦加工的攪拌頭為無針攪拌頭，攪拌頭的直徑為Φ 10 mm φ 30 mm，轉(zhuǎn)速為IOOOrpm 3000rpm，移動(dòng)速度為 10 mm /min 100 mm /min。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過攪拌摩擦加工，使熱噴涂涂層均勻鑲嵌、熔合在鋁合金表面層中(如附圖1所示)，形成一層良好的耐磨層，涂層和基體間產(chǎn)生冶金結(jié)合。本發(fā)明獲得的高速鋼耐磨層硬度> 520HV，結(jié)合強(qiáng)度> 70MPa。采用本發(fā)明的復(fù)合高速鋼耐磨層和鋁基材間冶金結(jié)合，具有良好的耐磨性能。


圖1是采用本發(fā)明實(shí)施例的鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的方法涂層攪拌摩擦加工后，表面層的形貌。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步作描述，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這些實(shí)施例。凡是不背離本發(fā)明構(gòu)思的改變或等同替代均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明實(shí)施例提供一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，包括以下步驟
(a)鋁合金表面除油和噴砂處理；
(b)鋁合金表面熱噴涂高速鋼涂層；
(c)涂層攪拌摩擦加工。除油采用3_4%NaCl水溶液浸泡10_20分鐘，再用清水清洗。噴砂采用棕色氧化鋁砂粒，粒度為500-550 μ m,噴砂機(jī)噴嘴出口壓力為0. 6-0. 7MPa,噴嘴距制品距離為25-30 mm。對(duì)經(jīng)過表面除油和噴砂處理的鋁合金制品進(jìn)行熱噴涂，熱噴涂用原材料為 W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2高速鋼粉末，粉末粒度為30-50 μ m，熱噴涂涂層的厚度為0. 2 mm -1. 5 mm。對(duì)熱噴涂高速鋼涂層的鋁合金制品進(jìn)行攪拌摩擦加工，攪拌摩擦加工在攪拌摩擦焊接設(shè)備上進(jìn)行，攪拌摩擦加工時(shí)，攪拌頭和高速鋼涂層直接接觸，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，并在水平方向移動(dòng)。所述熱噴涂的方法包括氧-乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂、超音速火焰噴涂，熱噴涂涂層的厚度為0. 2 mm -1. 5 mm。所述攪拌摩擦加工的攪拌頭為無針攪拌頭，攪拌頭的直徑為Φ IOmm Φ30ιμ，轉(zhuǎn)速為 IOOOrpm 3000rpm，移動(dòng)速度為 10 mm /min 100 mm /min。實(shí)施例1復(fù)合高速鋼耐磨層的制備基體材料鋁合金。涂層粉末材料高速鋼粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂層制備方法氧-乙炔火焰噴涂。涂層厚度0. 2 mm。攪拌摩擦加工工藝參數(shù)攪拌頭直徑為Φ 10 mm,轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，移動(dòng)速度為20 mm /min。實(shí)施例2復(fù)合高速鋼耐磨層的制備基體材料鋁合金。涂層粉末材料高速鋼粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂層制備方法等離子噴涂。涂層厚度0. 5 mm。攪拌摩擦加工工藝參數(shù)攪拌頭直徑為Φ 15 mm,轉(zhuǎn)速為1500rpm，移動(dòng)速度為30 mm /min。實(shí)施例3復(fù)合高速鋼耐磨層的制備備基體材料鋁合金。涂層粉末材料高速鋼粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂層制備方法超音速火焰噴涂。涂層厚度1. O mm。攪拌摩擦加工工藝參數(shù)攪拌頭直徑為Φ 30 mm,轉(zhuǎn)速為2000rpm，移動(dòng)速度為40 mm /min。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，包括以下步驟(a)鋁合金表面除油和噴砂處理除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分鐘，再用清水清洗；噴砂采用棕色氧化鋁砂粒， 粒度為500-550 μ m,噴砂機(jī)噴嘴出口壓力為0. 6-0. 7MPa，噴嘴距制品距離為25-30 mm ；(b)鋁合金表面熱噴涂高速鋼涂層對(duì)經(jīng)過表面除油和噴砂處理的鋁合金制品進(jìn)行熱噴涂，熱噴涂用原材料為高速鋼粉末，粉末粒度為30-50μπι ；(c)涂層攪拌摩擦加工對(duì)熱噴涂高速鋼涂層的鋁合金制品進(jìn)行攪拌摩擦加工，攪拌摩擦加工在攪拌摩擦焊接設(shè)備上進(jìn)行，攪拌摩擦加工時(shí)，攪拌頭和高速鋼涂層直接接觸，攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)，并在水平方向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，其特征在于所述熱噴涂的方法包括氧-乙炔火焰噴涂、等離子噴涂、電弧噴涂、超音速火焰噴涂，熱噴涂涂層的厚度為0.2 mm-1.5 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，其特征在于 所述攪拌摩擦加工的攪拌頭為無針攪拌頭，攪拌頭的直徑為Φ 10 mm φ 30 mm，轉(zhuǎn)速為 IOOOrpm 3000rpm，移動(dòng)速度為 10 腿 /min 100 腿 /min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁合金表面復(fù)合高速鋼耐磨層的制備方法，首先，在鋁合金表面熱噴涂0.2mm-1.5mm厚度的高速鋼涂層，然后通過攪拌摩擦加工，使熱噴涂的高速鋼涂層均勻鑲嵌、熔合在鋁合金表面層中，形成一層良好的耐磨層，涂層和基體間產(chǎn)生冶金結(jié)合。本發(fā)明通過攪拌摩擦加工，使熱噴涂涂層均勻鑲嵌、熔合在鋁合金表面層中，形成一層良好的耐磨層，涂層和基體間產(chǎn)生冶金結(jié)合。本發(fā)明獲得的高速鋼耐磨層硬度＞520HV，結(jié)合強(qiáng)度＞70MPa。
文檔編號(hào)C23C4/06GK102284786SQ20111020009
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者周小平, 胡心彬 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)