CN101439462A - 镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，步骤如下：第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧化膜；第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一层锌层或锌合金层，厚度为0.002～0.1mm；第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝合金复合结构，镁合金浇铸温度为640℃～720℃。铝合金表面浸锌层均匀、致密、无气孔，锌层能有效阻止铝合金的氧化。浸锌层熔点低，浇注镁合金时先熔化，并向铝合金和镁合金界面扩散。锌固溶于铝基体，并与镁、铝形成三元相，铝合金和镁合金形成良好的冶金结合。
Description
技术领域
本发明涉及轻合金材料领域，具体地说是涉及镁合金与铝合金复合制造方法。
背景技术
铝合金和镁合金是目前广泛应用的轻合金，随着运载工具的发展和轻量化要求的提高，镁合金因其具有更小的密度和更高的比强度高，受到青睐。但是，由于镁合金存在高温强度低、抗蠕变性差、耐腐蚀性差以及与钢铁发生电偶腐蚀等问题，工业上往往单独使用镁合金材料难以满足零件的工作要求。经过多年研究，开发出了耐热镁合金、高强高韧性镁合金、耐热阻燃镁合金等。但镁合金硬度低、耐腐蚀性能差以及与钢铁发生电偶腐蚀等问题还没有得到很好解决，仍然制约着镁合金的应用。在镁合金上局部镶铸铝合金，充分挥发镁合金质量轻的优点和铝合金力学性能好且不与钢铁发生电偶腐蚀的优点，可以最大程度地减轻零件重量。
双金属铸造技术在钢铁材料上有许多成功应用的例子。但铝合金、镁合金双金属铸造至今国内还没有成功应用报道，因为铝合金在常温或高温下极易在表面形成一层致密的高熔点氧化膜，这层氧化膜影响了镁合金与铝合金的冶金结合。本发明是在铝合金、镁合金之间设计一中间层，中间层材料不对镁合金和铝合金的性能产生明显的不良影响，且与镁合金和铝合金形成冶金结合。
发明内容
针对现有技术存在的铝合金表面易生成氧化膜影响与镁合金的结合的缺点，本发明提供一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，生产出的镁合金镶铸铝合金界面结合度好，达到冶金结合。
本发明的技术方案为：一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，步骤如下：
第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧化膜；
第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一层锌层或锌合金层，厚度为0.002～0.1mm；
第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝合金复合结构，镁合金浇铸温度为640℃～720℃。
有益效果：
(1)铝合金表面浸锌层均匀、致密、无气孔，锌层能有效阻止铝合金的氧化。
(2)浸锌层熔点低，浇注镁合金时先熔化，并向铝合金和镁合金界面扩散。锌固溶于铝基体，并与镁、铝形成MgZn、Mg2Zn3、Mg2Zn11和AlMg4Zn11等形成三元相，铝合金和镁合金形成良好的冶金结合。
附图说明
图1-铝合金表面化学镀锌层形貌。
图2-化学镀锌处理的铝合金与镁合金界面区形貌。
图3-铝合金表面热浸锌层形貌。
图4-热浸锌处理的铝合金、镁合金界面区形貌。
具体实施方式
镁合金采用AZ91D，铝合金使用6061、6063、2024、2017等变形铝合金以及ZL101、ZL101A、ZL104等铸造铝合金。
实施例1
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
①表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧化钠15g/L、Na3PO4·10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70℃温度下进行化学除油。
②碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步除油净化表面。浸蚀配方为：氢氧化钠50g/L、碳酸钠25g/L。在50℃下浸蚀15s。
③出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为：硝酸与氢氟酸按照体积比3：1混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
④一次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面浸锌。浸锌溶液配方为：氢氧化钠120g/L、氧化锌20g/L、酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)8g/L、三氯化铁1.5g/L、硝酸钠1g/L，20℃浸锌60s。
⑤退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除，使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1：1的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3秒。
⑥二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为20～60μm。
⑦将浸锌后的铝合金在100℃烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧浇注AZ91D，浇注温度为680℃，铝合金和镁合金形成冶金结合。
实施例2
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
①表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧化钠15g/L、Na3PO4·10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70℃温度下进行化学除油。
②碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步除油净化表面。浸蚀配方为：氢氧化钠50g/L、碳酸钠25g/L。在50℃下浸蚀15s。
③出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为：硝酸与氢氟酸按照体积比3：1混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
④一次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面浸锌。浸锌溶液配方为：氢氧化钠300g/L、氧化锌50g/L、酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)5g/L、三氯化铁1g/L、硝酸钠2g/L，20℃浸锌60s。
⑤退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除，使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1：1的硝酸溶液中，在室温下进行退锌15秒。
⑥二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为4～6μm。涂层形貌见图1。
⑦将浸锌后的铝合金在100℃烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧浇注AZ91D，浇注温度为680℃，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图2。
实施例3
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
①表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧化钠15g/L、Na3PO4·10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70℃温度下进行化学除油。
②碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步除油净化表面。浸蚀配方为：氢氧化钠50g/L、碳酸钠25g/L。在50℃下浸蚀15s。
③出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为：硝酸与氢氟酸按照体积比3：1混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
④一次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面浸锌。浸锌溶液配方为：氢氧化钠200g/L、氧化锌50g/L、酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O)10g/L、三氯化铁2g/L、硝酸钠2g/L，20℃浸锌60s。
⑤退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除，使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1：1的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3～15秒。
⑥二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为0.02～0.1mm。涂层形貌见图1。
⑦将浸锌后的铝合金在100℃烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧浇注AZ91D，浇注温度为680℃，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图2。
实施例4
采用热浸镀法在铝合金镶嵌件表面热浸镀一层锌中间层。具体工艺流程如下。
①清洗试件：将铝合金放入热水中清洗5min，以洗净表面灰尘、污垢，再将其放入超声波清洗仪中超声震荡除油。
②脱脂：配制800mL脱脂液配方为：硅酸钠(Na2SiO3)4.37g/L、碳酸钠(Na2CO3)4g/L、氢氧化钠(NaOH)0.8g/L、OP乳化剂0.5g/L。在水浴锅中加热到60℃，把经过清洗后的铝合金浸入脱脂液中5min。
③水洗：脱脂后取出铝合金并立即浸入60℃热水，清洗5min，洗净脱脂液，以免将残余碱液带入下一道工序。
④酸洗：将水洗后铝合金放入硝酸与水体积比1：1的硝酸溶液中，清除铝合金表面杂质。
⑤水洗：取出铝合金件，在50℃温水中清洗5min，洗净酸液。
⑥助镀：助镀是热浸镀前处理中一道重要的工序，它不仅可以弥补前面几道工序的不足，还可以活化镀件表面，提高热浸镀质量。助镀剂选用铝钎焊熔剂QJ201主要成分：氯化钾(KCl)50％、氯化锂(LiCl)30％、氯化锌(ZnCl2)10％、氟化钠(NaF)10％。将配好的助镀剂用去离子水调成糊状均匀涂抹在铝合金表面，能有效除去铝合金表面氧化物，促进锌液在铝合金表面的扩散与结合。
⑦烘干：助镀后的铝合金在180℃下烘15min。
⑧热浸镀：将处理后的铝合金浸入480℃的锌液中，热浸镀30s。浸锌层厚度为15～20μm，涂层形貌见图3。
⑨将浸锌后的铝合金固定在砂型型腔特定部位。
⑩浇注AZ91D，浇注温度为680℃，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图4。
Claims (3)
1、一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧化膜；
第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一层锌层或锌合金层，厚度为0.002～0.1mm；
第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝合金复合结构，镁合金浇铸温度为640℃～720℃。
2、如权利要求1所述的镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于，第二步的化学浸锌法具体为：
先一次浸锌：将预处理好的铝合金件冲洗后立即放入浸锌溶液中进行表面浸锌，浸锌溶液配方为：氢氧化钠120～300g/L、氧化锌20～60g/L、四水酒石酸钾钠5～10g/L、三氯化铁1～2g/L、硝酸钠1～2g/L，20℃浸锌60s；然后退锌：将一次浸锌后的铝合金件置于按硝酸与水体积比1：1的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3～15秒；
最后二次浸锌：退锌后用水冲洗铝合金件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为4～6μm，将浸锌后的铝合金件烘干。
3、如权利要求1所述的镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于，第二步的热浸镀法具体步骤为：
先助镀：助镀剂成分：氯化钾50wt％、氯化锂30wt％、氯化锌10wt％、氟化钠10wt％，将配好的助镀剂用去离子水调成糊状均匀涂抹在铝合金件表面，然后烘干；热浸镀：经过助镀处理后的铝合金件浸入480℃的锌浴中，热浸镀30s，浸锌层厚度为15～20μm。
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| CN108034932A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-15 | 云南昆船机械制造有限公司 | 一种7a19铝合金材料表面化学镀镍磷的工艺方法 |
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