CN102021587B - 铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 - Google Patents
铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102021587B CN102021587B CN2010105708988A CN201010570898A CN102021587B CN 102021587 B CN102021587 B CN 102021587B CN 2010105708988 A CN2010105708988 A CN 2010105708988A CN 201010570898 A CN201010570898 A CN 201010570898A CN 102021587 B CN102021587 B CN 102021587B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coating
- powder
- plus
- aluminum alloy
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
本发明涉及一种铝合金表面Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法，该复合涂层采用热喷涂方法，在铝合金表面反应合成Al2O3+TiB2+Al复合涂层，热喷涂粉末组成的质量百分比为：20％～40％的Al粉末、30％～50％的TiO2粉末、20％～50％的B2O3粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm。再将涂层经过搅拌摩擦焊接，使涂层中的孔隙消除，涂层的致密度提高；涂层中的Al产生强烈的塑性变形，并发生再结晶，晶粒细化，强韧性提高，和基体间形成冶金结合界面。获得的Al2O3+TiB2+Al复合涂层硬度＞1200HV，结合强度＞70Mpa。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金表面Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法，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、NiCrAl CoY-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。
中国专利申请CN200710010330“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，并在铝合金表面喷涂一层高纯度的铝。然而，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。中国专利申请CN200610011816“一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法”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，它采用反应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。然而，该专利申请是利用自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3反应得到铁铝金属间化合物涂层，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
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层，在铝合金表面制备Al2O3+TiB2+Al复合涂层，采用本发明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。
优选地，本发明所述铝合金表面制备的Al2O3+TiB2+Al复合涂层厚度为0.1mm～2mm。
本发明的第二个目的在于提供给一种上述铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法。
为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，最终获得了如下方案：
铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(a)铝合金表面除油和喷砂处理。
(b)粉料进行球磨，球磨时各粉末的百分比为：20％～40％的Al粉末、30％～50％的TiO2粉末、20％～50％的B2O3粉末，各组分之和为100％。
(c)进行热喷涂。
(d)对涂层进行搅拌摩擦焊接。
上述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，所述球磨时间为1～50小时，球料比为10～20∶1。
上述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，所述热喷涂工艺参数为：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。
上述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，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。
上述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，所述搅拌摩擦焊接的搅拌头的直径为ф10mm～ф30mm，转速为200rpm～800rpm，移动速度为10mm/min～100mm/min。
与现有技术相比，本发明的铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法具有如下有益的技术效果：
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：3TiO2+3B2O3+10Al＝3TiB2+5Al2O3，获得Al2O3+TiB2+Al复合涂层，提高铝合金的耐磨性能。通过搅拌摩擦焊接，使涂层中的孔隙消除，涂层的致密度提高；涂层中的Al产生强烈的塑性变形，并发生再结晶，晶粒细化，强韧性提高，和基体间形成冶金结合界面。本发明获得的Al2O3+TiB2+Al复合涂层硬度＞1200HV，结合强度＞70MPa。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：40％的Al粉末、30％的TiO2粉末、30％的B2O3粉末。粉末粒度10μm。球磨时间为4小时，球料比为10∶1。
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。
搅拌摩擦焊接工艺参数：搅拌头直径为ф10mm，转速为300rpm，移动速度为20mm/min。
实施例2Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：30％的Al粉末、50％的TiO2粉末、20％的B2O3粉末。粉末粒度15μm。球磨时间为8小时，球料比为12∶1。
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。
搅拌摩擦焊接工艺参数：搅拌头直径为ф15mm，转速为500rpm，移动速度为40mm/min。
实施例3Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备
基体材料：铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为：20％的Al粉末、40％的TiO2粉末、40％的B2O3粉末。粉末粒度20μm。球磨时间为10小时，球料比为15∶1。
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。
搅拌摩擦焊接工艺参数：搅拌头直径为ф20mm，转速为600rpm，移动速度为30mm/min。
Claims (3)
1.铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(a)铝合金表面除油和喷砂处理；
(b)粉料进行球磨，球磨时间为1～50小时，球料比为10～20∶1，球磨时各粉末的质量百分比为：20％～40％的Al粉末、30％～50％的TiO2粉末、20％～50％的B2O3粉末，各组分之和为100％；
(c)进行热喷涂；所述热喷涂工艺参数为：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；
(d)对涂层进行搅拌摩擦焊接。
2.根据权利要求1所述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，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。
3.根据权利要求1所述的Al2O3+TiB2+Al复合涂层的制备方法，其特征在于：所述搅拌摩擦焊接的搅拌头的直径为φ10mm～φ30mm，转速为200rpm～800rpm，移动速度为10mm/min～100mm/min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105708988A CN102021587B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105708988A CN102021587B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102021587A CN102021587A (zh) | 2011-04-20 |
| CN102021587B true CN102021587B (zh) | 2012-05-30 |
Family
ID=43863353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105708988A Expired - Fee Related CN102021587B (zh) | 2010-12-03 | 2010-12-03 | 铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102021587B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102861990B (zh) * | 2012-10-17 | 2014-11-05 | 山东电力集团公司电力科学研究院 | 一种提高铝合金激光焊接过程中熔深的方法 |
| CN103805929B (zh) * | 2013-12-16 | 2016-06-08 | 湖北工业大学 | 一种工件涂层的表面处理方法和装置 |
| CN104174987B (zh) * | 2014-09-01 | 2016-04-06 | 李红军 | 在金属基体表面制备金属间化合物涂层的方法 |
| CN106435437A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-02-22 | 无锡明盛纺织机械有限公司 | 一种铝合金超音速火焰喷涂耐磨涂层的方法 |
| CN106435435A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-02-22 | 无锡明盛纺织机械有限公司 | 一种铝合金超音速火焰喷涂耐磨涂层的方法 |
| CN112773202B (zh) * | 2019-11-08 | 2022-06-03 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 复合涂层及制备方法、锅具、烹饪器具 |
| CN113770503A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-10 | 西安特种设备检验检测院 | 一种异种合金焊接方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1196810C (zh) * | 2001-08-04 | 2005-04-13 | 山东科技大学机械电子工程学院 | 金属表面熔覆涂层特别是梯度涂层的方法 |
| CN100423873C (zh) * | 2006-09-22 | 2008-10-08 | 北京工业大学 | 热喷涂用TiB2纳微米结构喂料的制备方法 |
-
2010
- 2010-12-03 CN CN2010105708988A patent/CN102021587B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102021587A (zh) | 2011-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102021587B (zh) | 铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法 | |
| CN101550549A (zh) | 铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层及其制法 | |
| CN1161489C (zh) | 金属附着层以及金属附着层的沉积方法 | |
| CN109321861B (zh) | 一种层片状和柱状复合结构的耐蚀耐磨涂层及制备方法 | |
| CN111334743B (zh) | 硼化锆-碳化锆-碳化硅复合涂层的制备方法 | |
| CN102021557B (zh) | 铝合金表面搅拌摩擦加工及加热反应合成的A12O3+TiB2复合涂层的制备方法 | |
| CN101988195B (zh) | 一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN111235511B (zh) | 多元陶瓷复合涂层的制备方法 | |
| Li et al. | Characterizations of cold-sprayed nickel–alumina composite coating with relatively large nickel-coated alumina powder | |
| CN110158134A (zh) | 一种冷喷涂与微弧氧化相结合的工件表面处理方法 | |
| CN101139709A (zh) | 一种用于钛合金表面获得高适配耐磨钛基复合材料的方法 | |
| CN101269562A (zh) | Fe－Al金属间化合物/Al2O3陶瓷复合涂层及其制备方法 | |
| CN110512166B (zh) | 一种耐海洋腐蚀可磨耗材料、涂层及其制备方法 | |
| CN106148949A (zh) | 一种激光－感应复合熔覆石墨烯增强Ni3Ti复合材料的方法 | |
| Tailor et al. | A review on plasma sprayed Al-SiC composite coatings | |
| CN102400001A (zh) | 一种原位金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN101962768A (zh) | 多工艺复合制备金属表面涂层技术 | |
| CN102978616B (zh) | 钢板表面制备厚氧化铝陶瓷涂层的离心自蔓延法 | |
| Sun et al. | Development of laser surface technologies for anti-corrosion on magnesium alloys: a review | |
| CN101545087B (zh) | 微复合Fe-Al/Al2O3陶瓷涂层及其制备方法 | |
| CN111334742A (zh) | 过渡族金属难熔化合物陶瓷复合涂层的制备方法 | |
| CN104478399B (zh) | 一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法 | |
| CN101691647B (zh) | 一种具有高性能的热喷涂涂层 | |
| CN101501246A (zh) | 热和腐蚀性负荷的功能性构件的涂层 | |
| CN105088122B (zh) | 镁合金表面的Ni‑Al2O3‑AlB12复合涂层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120530 Termination date: 20141203 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |