CN101220494B - 锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法 - Google Patents
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Abstract
锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，它涉及锡铝合金表面制备陶瓷膜层的方法，它解决了锡铝合金存在的耐磨性差的缺点。它的步骤如下：一、将2～12g/L的硅酸钠和0～2g/L的氟化钠溶于蒸馏水中制成电解液；二、将去掉氧化膜的锡铝合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为15～40℃；接通电源，调整峰值电压在-200～600V之间、正负相电流密度值为8～30A/dm2，频率为50～200Hz，恒流条件下通电反应时间为5～40min；三、取出后用水冲净表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。本发明的陶瓷膜层具有耐磨、减摩、耐腐蚀、耐热及电绝缘性能，陶瓷膜均匀性好，陶瓷膜是在基体上原位生长，与基体结合强度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在锡铝合金表面制备陶瓷膜层的方法，具体涉及一种锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，对大功率、高转速发动机及世界各国对排放要求的提高，内燃机轴瓦材料不仅需要满足顺应性、耐蚀性，它还必须满足其它一些性能，如良好的承载能力和抗疲劳强度等。发明名称为《微弧氧化镀覆金属表面的方法及装置》，公开号为CN1311354，公开日期为2001.09.05的中国发明专利公布了一种通过微等离体氧化法在合金表面制备膜层的方法及装置，其虽然达到了耐磨、耐蚀、耐压绝缘和抗高温冲击的特性，但此方法中所采用的材料仍不能够满足现有市场上所需要达到的减摩性能。锡铝合金是一种综合性能良好的轴承合金，它具有良好的耐磨减摩性、顺应性等综合性能，因而应用愈来愈多，已代替传统的锡青铜和巴氏合金广泛地应用在高速机床、柴油发动机等高速重载机械设备中。但是锡铝合金在使用的过程中会存在失效问题，导致发动机轴瓦失效的原因有异物混入、润滑不良、装配不当、过载和腐蚀等，发动机轴瓦的主要失效形式可有划痕、异物嵌入、磨损、偏磨、擦伤、烧熔等情况，失效的根源主要在于锡铝合金轴瓦的耐磨性能不能够满足更苛刻的工作条件需求。
发明内容
本发明为了解决锡铝合金存在的耐磨性差的缺点，而提出的一种锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法。
锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，它的步骤如下：
步骤一：将8g/L的硅酸钠和1g/L的氟化钠溶于蒸馏水中制成电解液；
步骤二：将去掉氧化膜的锡铝合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为15～40℃；接通电源，调整峰值电压在-200～600V 之间，正负相电流密度值为8～30A/dm2，频率为50～200Hz，通电反应时间为5～40min；
步骤三：取出后用水冲净表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。
本发明的有益效果在于陶瓷膜层优异的耐磨、减摩、耐腐蚀、耐热及电绝缘性能，陶瓷膜均匀性好，陶瓷膜是在基体上原位生长，与基体结合强度高。利用微等离子体氧化技术可以同时对大量形状复杂的零件进行全方位的处理，不受基体尺寸形状的限制，这是其它表面改性技术所难以达到的。陶瓷涂层硬度的测试采用HVS-1000数显显微硬度计；陶瓷涂层的摩擦磨损性能测试的摩擦副采用GCr15轴承钢球；陶瓷涂层的结合强度在Instron5569电子万能材料实验机上进行，在锡铝合金表面形成高硬度耐磨减摩的陶瓷涂层，陶瓷涂层的总厚度达32μm以上。陶瓷涂层的最高硬度达到1400Hv，对轴承钢的摩擦系数为锡铝合金基体的4/5，耐磨性高，180N高载荷150rev./min的转速下磨损，失重率仅为7mg/min，涂层与基体的结合强度高于18MPa。
具体实施方式
具体实施方式一：锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，它的步骤如下：
步骤一：将2～12g/L的硅酸钠和0～2g/L的氟化钠溶于蒸馏水中制成电解液；
步骤二：将去掉氧化膜的锡铝合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为15～40℃；接通电源，调整峰值电压在-200～600V之间，正负相电流密度值为8～30A/dm2，频率为50～200Hz，恒流条件下通电反应时间为5～40min；
步骤三：取出后用水冲净表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中去除氧化膜采用化学出光前处理方式或用SiC砂纸打磨的方式。其它组成和步骤与具体实施方式一相同。化学出光前处理方式去除氧化膜的过程为机械抛光→化学除油→热水清洗→冷水清洗→化学抛光→热水清洗→冷水清洗→出光→清洗→干燥，如表1所示：
表1铝合金的除油、抛光和出光工艺参数
| 方法 | 组成 | 含量 | 温度/℃ | 时间/min |
| 化学除油 | 去污粉 | 室温 | 2-3 | |
| 化学抛光 | H3PO4 冰醋酸 HNO3 | 700ml 120ml 30ml | 100-120 | 2-5 |
| 出光 | HNO3 H2O | 50ml 50ml | 室温 | 3 |
采用SiC砂纸去除氧化膜的方式的过程为首先用400目砂纸打磨10min，然后用800目砂纸打磨8min，再用1000目砂纸打磨4min，最后冲洗干净，干燥后使用。其余步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中的4～10g/L的硅酸钠其余步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中的1～2g/L的氟化钠。其余步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中的5～9g/L的硅酸钠和1～1.5g/L的氟化钠。其余步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤二中的锡铝合金中锡含量为3％～30％。其余步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式锡铝合金表面原位生长高硬度耐磨减摩陶瓷涂层的方法，它的步骤如下：
步骤一：将8g/L硅酸钠溶于蒸馏水中制成电解液；
步骤二：将去掉氧化膜的锡铝合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为15～40℃；接通电源，调整峰值电压在-200～600V之间、正负相电流密度值为25A/dm2，频率为50Hz，正、负相占空比为0.45，通电反应时间为30min；
步骤三：取出后用水冲净表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。
本实施方式形成涂层的厚度为30μm，最高硬度为1200Hv，与基体的结合 强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.12，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为7mg/min。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点在于步骤一中将8g/L的硅酸钠和1g/L的氟化钠溶于蒸馏水制成电解液，其余步骤与参数与具体实施方式七相同。本实施方式形成涂层的厚度为32μm，最高硬度为1400Hv，与基体的结合强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.098，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为6.7mg/min。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八的不同点在于步骤二中的正负相电流密度值为20A/dm2，其他步骤和参数具体实施方式七或八相同。具体实施方式七在此电流密度值下所形成涂层的厚度为25μm，最高硬度为1230Hv，与基体的结合强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.11，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为6.8mg/min。具体实施方式八在此电流密度值下所形成涂层的厚度为30μm，最高硬度为1320Hv，与基体的结合强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.10，耐磨性高，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为7mg/min；
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七的不同点在于步骤二中的通电反应时间为10min，其他步骤和参数与具体实施方式七相同。本实施方式形成涂层最高硬度为500Hv，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.10，180N高载荷150rev./min的转速下磨损8min内，失重率为7mg/min。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七或八不同点在于步骤二中的电源频率调整为80Hz，其他参数和步骤与具体实施方式七或八相同。具体实施方式七在此频率下所形成涂层的厚度为25μm，最高硬度为1230Hv，与基体的结合强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.11，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为6.8mg/min。具体实施方式八在此频率下所形成涂层最高硬度为500Hv，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.10，180N高载荷150rev./min的转速下磨损8min内，失重率为7mg/min。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八不同点在于步骤一 中的氟化钠调整为0.5g/L，其他参数和步骤与具体实施方式八相同。本实施方式形成涂层的厚度为30μm，最高硬度为1200Hv，与基体的结合强度大于18MPa，该陶瓷膜层对GCr15钢球的摩擦系数为0.12，180N高载荷150rev./min的转速下磨损30min，失重率为7mg/min。
Claims (3)
1.锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，其特征在于它的步骤如下：
步骤一：将8g/L的硅酸钠和1g/L的氟化钠溶于蒸馏水中制成电解液；
步骤二：将去掉氧化膜的锡铝合金置于电解液作为阳极，不锈钢板作为阴极，控制电解液的温度为15～40℃；接通电源，调整峰值电压在-200～600V之间、正负相电流密度值为8～30A/dm2，频率为50～200Hz，通电反应时间为5～40min；
步骤三：取出后用水冲净表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。
2.根据权利要求1所述的锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，其特征在于步骤一中去除氧化膜采用化学出光前处理方式或用SiC砂纸打磨的方式。
3.根据权利要求1所述的锡铝合金表面原位生长耐磨减摩陶瓷膜层的方法，其特征在于步骤二中的锡铝合金中锡含量为3％～30％。
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