CN101550549A - 铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层及其制法 - Google Patents
铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层及其制法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al－Si复合涂层及其制法，采用热喷涂方法，在铝合金表面反应合成Al2O3/Al－Si复合涂层，热喷涂粉末组成的质量百分比为：60％～95％共晶成分的Al－Si合金粉末、5％～40％SiO2粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm。涂层经过激光或等离子重熔后，使涂层中熔化的金属原子和基体表面的金属原子具有足够的能量冲破界面上的Al2O3薄膜层，原子之间发生剧烈的混合作用，生成一个冶金结合区，形成冶金结合界面。获得的Al2O3/Al－Si复合涂层硬度＞1200HV，结合强度＞100MPa，涂层厚度0.1mm～1mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层及其制法，属于材料工程技术领域。
背景技术
铝合金是世界上用量最大的有色金属材料，它广泛应用于航空、航天和动力机械中。但是，铝合金的硬度很低，耐磨性能很差，应用范围受到很大的限制。例如，将发动机由原来的铸铁材料换成铝合金后，由于铝合金耐磨性差，将使发动机汽缸内壁与活塞接触的部分产生严重磨损，大大减少发动机的使用寿命。此外，同步器齿环、活塞环等要求耐磨的零部件，采用铝合金制造也达不到耐磨性的要求。
目前，在铝合金表面制备耐磨涂层的方法是：首先喷涂一层粘结底层，再喷涂氧化物陶瓷工作层，制备出Ni/Al-Al2O3、Ni-Al2O3、NiCrAl-Al2O3、NiCrAlCoY-Al2O3复合涂层。这种方法制备的涂层结合强度低，很难超过15MPa，这种大小的结合力在大多数情况下是不能满足机件要求的。主要原因是铝合金的表面容易形成氧化膜，这层氧化膜在大气中无论进行何种预处理都不能彻底去除。氧化膜的熔点在2000℃以上，喷涂的熔滴无法将其熔化，喷涂后氧化膜处于涂层和铝合金基体之间，阻碍基体金属原子和涂层金属原子的直接接触，无法形成冶金熔合的焊接组织，只是一种机械相嵌和物理吸附状态。
专利CN200710010330A“一种铝合金的防腐蚀方法”中采用热喷涂工艺，在喷涂前对铝合金表面进行去油污、喷砂处理，喷涂后在喷涂层表面用有机涂料进行封闭处理，其特征在于在铝合金表面喷涂一层高纯度的铝。但该专利是在铝合金表面得到高纯度的铝，只能防腐蚀，不能耐磨损，并且没有进行后处理，涂层和铝合金之间不能产生冶金结合。专利CN200610011816A“一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法”是属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的技术领域。采用反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物，同时自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。该专利是利用自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3反应得到铁铝金属间化合物涂层，该方法需要借助离心力的作用，只适合于在管类结构的构件内表面获得耐磨涂层，并且反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量在构件尺寸较大时，因铝合金的导热作用，难以使铝合金表面的氧化膜熔解，铁铝金属间化合物很难与铝基体形成冶金结合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层及其制法，在铝合金表面制备Al2O3/Al-Si复合涂层，采用本发明制备的复合涂层结合强度高，接合热应力小，具有优异的耐磨性能。
本发明的技术方案是：一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层，其特征在于：在铝合金表面有Al2O3/Al-Si复合涂层，涂层厚度0.1mm～1mm。
一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，包括以下步骤：(a)铝合金表面除油和喷砂处理；其特征在于：
(b)进行热喷涂，热喷涂粉末组成的质量百分比为：60％～95％共晶成分的Al-Si合金粉末、5％～40％SiO2粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm；
(c)进行激光或等离子重熔涂层。
如上所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：热喷涂工艺参数是：喷涂距离为80～200mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为10～30cm/s，每次喷涂厚度0.05mm～0.10mm，涂层总厚度0.1mm～2mm。
如上所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
如上所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：所述涂层激光或等离子重熔方法中涂层加热温度：700～900℃。
本发明的有益效果是：本发明通过采用热喷涂方法，基于反应喷涂原理，在铝合金表面产生化学反应：4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si，获得Al2O3/Al-Si(过共晶)复合涂层，提高铝合金的耐磨性能。通过激光或等离子重熔处理，使涂层中熔化的金属原子和基体表面的金属原子具有足够的能量冲破界面上的Al2O3薄膜层，原子之间发生剧烈的混合作用，生成一个冶金结合区，形成冶金结合界面，能够解决激光或等离子重熔处理高熔点陶瓷涂层带来的结合界面裂纹和开裂的问题。本发明获得的Al2O3/Al-Si复合涂层硬度＞1200HV，结合强度＞100MPa。
附图说明
图1是本发明实施例的Al2O3/Al-Si复合涂层的显微组织。
图2是本发明实施例的Al2O3/Al-Si复合涂层的界面结构。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明实施例铝合金表面的Al2O3/Al-Si复合涂层，涂层厚度0.1mm～1mm。
本发明实施例铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法包括以下步骤：
(a)铝合金表面除油和喷砂处理；
(b)进行热喷涂，其工艺参数是：喷涂距离为80～200mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为10～30cm/s，每次喷涂厚度为0.05mm～0.10mm，涂层总厚度0.1mm～2mm；热喷涂粉末组成的质量百分比为：60％～95％共晶成分的Al-Si合金粉末、5％～40％SiO2粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm；
(c)进行激光或等离子重熔涂层，其工艺参数是：涂层加热温度：700～900℃。
所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
实施例1：
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：70％共晶成分的Al-Si合金粉末、30％SiO2粉末。粉末粒度10μm。
氧-乙炔火焰喷涂工艺参数：喷涂距离为100mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.20mm。
激光重熔涂层工艺参数：加热温度：750℃。
实施例2：
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：80％共晶成分的Al-Si合金粉末、20％SiO2粉末。粉末粒度15μm。
等离子喷涂工艺参数：喷涂距离为150mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.3mm。
等离子重熔涂层工艺参数：加热温度：750℃。
实施例3：
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：90％共晶成分的Al-Si合金粉末、10％SiO2粉末。粉末粒度20μm。
超音速火焰喷涂工艺参数：喷涂距离为100mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.20mm。
激光重熔涂层工艺参数：加热温度：750℃。
Claims (5)
1、一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层，其特征在于：在铝合金表面有Al2O3/Al-Si复合涂层，涂层厚度0.1mm～1mm。
2、一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，包括以下步骤：
(a)铝合金表面除油和喷砂处理；其特征在于：
(b)进行热喷涂，热喷涂粉末组成的质量百分比为：60％～95％共晶成分的Al-Si合金粉末、5％～40％SiO2粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm；
(c)进行激光或等离子重熔涂层。
3、根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：热喷涂工艺参数是：喷涂距离为80～200mm，喷涂角度为80°～90°，喷枪移动速度为10～30cm/s，每次喷涂厚度0.05mm～0.10mm，涂层总厚度0.1mm～2mm。
4、根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
5、根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于：所述涂层激光或等离子重熔方法中涂层加热温度：700～900℃。
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Open date: 20091007 |