CN101348929A - 一种对金属材料局部表面改性的方法 - Google Patents

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钱士强
王伟
黄晨
李培耀
李曼萍
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Abstract

本发明公开了一种对金属材料局部表面改性的方法，该方法是首先采用常规高速电喷镀工艺在金属材料局部表面制备改性镀层，然后采用等离子弧对制备的改性镀层进行扫描强化处理。本发明通过将高速电喷镀技术与等离子弧的扫描处理技术相结合，进行镀层与基体界面强化结合，在保证镀层不熔化的情况下，实现了镀层与基体的金属原子间的结合方式由化合层结合向原子间的金属键结合过渡，从而使镀层与基体的结合力及镀层的韧性得到明显的提高，解决了高速电喷镀技术对金属材料局部表面进行改性时所存在的镀层易剥落难题。

Description

一种对金属材料局部表面改性的方法
技术领域
本发明涉及一种对金属材料局部表面改性的方法，属于材料表面处理技术领域。
背景技术
随着现代化工业和科技的发展，机械零件经常在复杂和苛刻的条件下工作，大量零件设备因磨损和断裂而报废。为了提高零件的可靠性，延长它们的使用寿命，防止它们在高速、高温、重载和腐蚀介质等工作条件下因表面局部损坏而报废，世界各国都在研究和应用各种提高零件表面性能的表面改性技术，如表面化学热处理、表面形变强化处理、气相沉积、热喷涂、高能束热源表面处理以及表面镀层(电镀、化学镀和电刷镀)等。这些表面改性技术的应用，不仅提高了零件的耐磨性和减摩性，还能赋予零件耐高温、耐腐蚀等特殊的功能。
电镀技术是表面改性工程的重要组成部分，利用该技术制备的镀层不同于基体金属，具有防护性、装饰性及其他性能等多样性的功能，使得电镀在国民经济的各个生产领域得到越来越广泛的应用。但是，常规电镀(槽镀)具有如下缺陷：①设备复杂，常需要较大的镀槽设备，不宜携带和运输；②对不能解体的机件无能为力；③在对局部表面进行修复、涂饰、加工时，必须将整个表面浸入镀液中，造成不必要的浪费；④沉积速度不够快。所以，在对材料的局部表面改性时，使用常规电镀产生的效果不是很理想。
目前，高速电喷镀作为一种对金属材料局部表面改性技术，电解液的冲击不仅对镀层进行了机械活化，同时限制了部分晶粒在垂直方向上的过快增长，便于去除镀层表面的浮层和粗晶粒层，有效地减少了扩散层的厚度，改善了电沉积过程，使镀层组织致密，晶粒细化，提高了镀层性能，但镀层与基体存在成分突变和性能突变，存在镀层易剥落缺陷，使得高速电喷镀技术在金属材料局部表面改性上的应用产生了难题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术所存在的缺陷和市场需求，提供一种对金属材料局部表面改性的方法，以解决高速电喷镀技术对金属材料局部表面进行改性时所存在的镀层易剥落难题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的对金属材料局部表面改性的方法，是首先采用常规高速电喷镀工艺在金属材料局部表面制备改性镀层，然后采用等离子弧对制备的改性镀层进行扫描强化处理，等离子弧扫描强化处理的工艺参数如下：等离子弧喷嘴直径为0.8mm，喷枪头部与镀层表面距离为8～12mm，电流为8～30A，扫描速度为0.75～2.20mm/s，以氩气作为介质，保护气流量为10L/min，离子气流量为1.4～1.8L/min。
与现有技术相比，本发明通过将高速电喷镀技术与等离子弧的扫描处理技术相结合，进行镀层与基体界面强化结合，在保证镀层不熔化的情况下，实现了镀层与基体的金属原子间的结合方式由化合层结合向原子间的金属键结合过渡，从而使镀层与基体的结合力及镀层的韧性得到明显的提高，解决了高速电喷镀技术对金属材料局部表面进行改性时所存在的镀层易剥落难题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：
实施例1
a)按常规高速电喷镀工艺在铝合金(7005)零件表面制备TiN改性镀层
①镀前预处理及中间处理：机械抛光——有机溶剂除油——冲洗——化学除油——热水冲洗——冷水冲洗——碱洗——热水冲洗——冷水冲洗——酸洗——热水冲洗——冷水冲洗。
②铝合金表面镀锌处理：目的主要是防止经常规前处理后的零件表面重新生成氧化膜和防止零件浸入镀液后发生金属置换反应而形成疏松的接触镀层，影响镀层与基体的结合力。
③使用高速电喷镀工艺在铝合金(7005)零件表面制备TiN改性镀层，高速电喷镀的工艺参数如下：以快速镍的镀液体系为基础镀液、添加TiN纳米颗粒的复合镀液为电喷镀镀液，电喷镀喷射速度为4～6.5m/s，喷嘴扫描速度为10～25mm/s，喷嘴与样品间距离保持2～4mm，电流密度为60～75A/dm2，在40～50℃下电喷镀10～20min，高速电喷镀后样品经蒸馏水冲洗和自然干燥；其中镀液体系的配制方法为：将TiN纳米颗粒加入水中形成水悬浮液，再加入聚氧乙烯月桂醚进行分散处理；最后与基础镀液混合搅拌10～20min；所得到的镀液体系组成为：硫酸镍(NiSO4·6H2O)263g/L，柠檬酸三铵(NH4)3C6H5O751.07g/L，氨水150ml/L，TiN纳米颗粒2g/L，聚氧乙烯月桂醚20ml/L，余量为水，pH值为7.0。
经检测：用高速电喷镀工艺制备的TiN改性镀层的表面硬度为670HV25、镀层与基体之间的结合力为37N。
b)使用等离子弧对制备的TiN改性镀层进行扫描强化处理，等离子弧喷嘴直径为0.8mm，喷枪头部与镀层表面距离为8～12mm，电流为8～30A，扫描速度为0.75～2.20mm/s，以氩气作为介质，保护气流量为10L/min，离子气流量为1.4～1.8L/min。
经检测：经等离子弧扫描处理后，TiN改性镀层的表面硬度为852HV25、镀层与基体之间的结合力为75N，分别提高了27.2％和103％，可见强化效果显著。

Claims (1)

1.一种对金属材料局部表面改性的方法，其特征在于，所述方法是首先采用常规高速电喷镀工艺在金属材料局部表面制备改性镀层，然后采用等离子弧对制备的改性镀层进行扫描强化处理，等离子弧扫描强化处理的工艺参数如下：等离子弧喷嘴直径为0.8mm，喷枪头部与镀层表面距离为8～12mm，电流为8～30A，扫描速度为0.75～2.20mm/s，以氩气作为介质，保护气流量为10L/min，离子气流量为1.4～1.8L/min。
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