CN102212819A - 高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法 - Google Patents

高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法，其主要是把分散有碳化硅颗粒的悬浮液均匀地涂覆在清洁的铝合金板表面，待铝合金板干燥后，采用底部平整的冲击头高速反复冲击该铝合金板，冲击速度为5-10m/s，冲击频率为15-30Hz,冲击接触压力为200-500MPa，横向运行速度为10-50mm/min。高速反复重击结束后，对铝板进行变形量为3-10%的冷轧，获得平整表面。本发明工艺简单，成本低，无污染，所获得的表面复合材料层的厚度为10-50微米，从表面至基体，碳化硅颗粒密度平缓过度，与铝合金合金载体结合良好，服役过程中表面复合材料层不易剥落。

Description

高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法
技术领域  本发明涉及金属材料的制备方法，特别是铝基复合材料的制备方法。
背景技术  在实际应用中，许多工件只需要提高工件表面的耐磨性能即可提高工件整体的耐磨性能。因此，如果仅在工件表面形成表面复合材料层，就可以保持工件整体韧性不降低的同时提高表面耐磨层的硬度和耐磨性能，从而提高工件的服役寿命。
现有的表面复合材料制备技术，像激光熔化处理，高能电子束辐射等均涉及到表面层的融化，这不仅导致形成粗大铸造组织，还可能引入凝固缺陷，降低了表面复合材料层的性能。搅拌摩擦加工可在固态下制备表面复合材料，但其制备的表面复合材料层与基体无平缓过渡区，在使用过程中复合材料层与基体结合处产生应力集中，容易萌生疲劳裂纹，降低了工件使用寿命。
发明内容  本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低、与载体结合良好、表面复合材料层不易剥落的高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法。本发明主要是采用底部平整的冲击头对涂有带碳化硅颗粒的铝合金板进行高速冲击，制备表面铝基复合材料。
本发明的技术方案如下：
1、对待加工的铝合金板表面进行打磨、清洗、干燥处理。
2、选用乙醇含量为30-60%的水溶液为碳化硅粉体的分散剂，内加体积分数为40-60%的0.5-3.5微米 的碳化硅粒子，经1000W以上功率的超声波搅拌器搅拌20分钟以上，制成分散均匀的悬浮液。粒子尺寸减小至微米量级后会发生团聚，不易分散，因此需要分散剂将其分散，才能均匀的涂于合金板表面。
3、将上述悬浮液均匀地涂覆在经过处理的铝合金板表面，用量以平铺不至于流淌为宜。
4、待上述铝合金板干燥后，采用底部平整的冲击头高速冲击分布有碳化硅颗粒的铝合金板。高速冲击在空气中进行，空气相对湿度低于60%。最好冲击头选用高速钢材质，冲击头底部形状最好是方形或圆形，截面积不低于300 mm2，冲击速度为5-10 m/s，冲击频率为15-30 Hz, 冲击接触压力为200-500 MPa，冲击头横向运行速度10-50 mm/min。冲击接触压力为200-500 MPa时，被冲击铝合金合金表面可发生塑性变形，这样才可获得理想的表面复合材料层。冲击头横向运行速度指冲击头高速反复冲击铝合金合金板的同时，以10-50 mm/min的速度平行于板面移动，这样可以制备出大面积的表面复合材料层，并且在此运行速度范围内，表面较平整。
5、高速反复重击结束后，对上述铝合金板进行清洗、干燥处理，再进行变形量为3-10%的冷轧，获得平整表面。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明工艺简单，不需要高能激光或电子束辐射预热，成本低，对环境无污染。
2、本发明采用固态加工，材料不需要熔化，避免了表面出现降低力学性能的凝固组织，保证了表面层的良好性能。
3、本发明制备的表面复合材料层，从表面至基体，碳化硅颗粒密度平缓过度，与铝合金载体结合良好，服役过程中表面复合材料层不易剥落。
4、带有表面复合材料层的铝合金比相同牌号铝合金在同等实验条件下磨损量下降了50%以上。
附图说明
图1为本发明制备方法示意简图。
具体实施方式
在图1所示的一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法示意简图中，涂有碳化硅颗粒的铝合金合金板1上面设有冲击头2，该冲击头为直径Ф20mm的高速工具钢（W18Cr4V）冲击头。
实施例1：
选用厚度为6mm的6063铝合金板材，制备前对合金板表面进行打磨、清洗、干燥处理。选用乙醇含量为50%的水溶液，内加体积分数为50%的2.5微米 的碳化硅粒子，经1500W功率的超声波搅拌器搅拌25分钟，制成悬浮液。将上述悬浮液均匀的涂覆在上述合金板表面，用量以平铺不至于流淌为宜，待干燥后，在空气相对湿度50%的环境下，采用底部平整、截面尺寸为Φ40 mm的高速工具钢（W18Cr4V）冲击头，高速冲击上述铝合金板，冲击速度为8 m/s，冲击频率为25 Hz, 冲击接触压力为300 MPa，冲击头横向运行速度为25 mm/min。高速反复重击结束后，对上述铝合金板进行清洗、干燥处理，再进行变形量为8%的冷轧，获得平整表面。所得表面复合材料层厚度约为30微米，表面微观硬度达到228 Hv, 6063铝合金的微观硬度为120 Hv。在销盘型试验机上进行的滑动摩擦实验表明：带有表面复合材料层的6063铝合金比普通6063铝合金磨损量下降了64%。
实施例2：
选用厚度为5mm的5083铝合金板材，制备前对合金板表面进行打磨、清洗、干燥处理。选用乙醇含量为60%的水溶液，内加体积分数为60%的3.5微米 的碳化硅粒子，经1000W功率的超声波搅拌器搅拌20分钟，制成悬浮液。将上述悬浮液均匀的涂覆在上述合金板表面，用量以平铺不至于流淌为宜，待干燥后，在空气相对湿度52%的环境下，采用底部平整、截面尺寸为18×18 mm的高速工具钢（W6Mo5Cr4V2）冲击头，高速冲击上述铝合金板，冲击速度为10 m/s，冲击频率为30 Hz, 冲击接触压力为200 MPa，冲击头横向运行速度为10 mm/min。高速反复重击结束后，对上述铝合金板进行清洗、干燥处理，再进行变形量为10%的冷轧，获得平整表面。所得表面复合材料层厚度约为50 微米，表面微观硬度达到184 Hv, 5083铝合金的微观硬度为95 Hv，在销盘型试验机上进行的滑动摩擦实验表明：带有表面复合材料层的5083铝合金比普通5083铝合金磨损量下降了71%。
实施例3：
选用厚度为8mm的7075铝合金板材，制备前对合金板表面进行打磨、清洗、干燥处理。选用乙醇含量为30%的水溶液，内加体积分数为40%的0.5微米 的碳化硅粒子，经2000W功率的超声波搅拌器搅拌30分钟，制成悬浮液。将上述悬浮液均匀的涂覆在上述合金板表面，用量以平铺不至于流淌为宜，待干燥后，在空气相对湿度48%的环境下，采用底部平整、截面尺寸为30×30 mm的高速工具钢(W9Mo3Cr4V)冲击头，高速冲击上述铝合金板，冲击速度为5m/s，冲击频率为15 Hz, 冲击接触压力为500 MPa，冲击头横向运行速度为50 mm/min。高速反复重击结束后，对上述铝合金板进行清洗、干燥处理，再进行变形量为3%的冷轧，获得平整表面。所得表面复合材料层厚度约为10微米，表面微观硬度达到286 Hv, 7075铝合金的微观硬度为155 Hv。在销盘型试验机上进行的滑动摩擦实验表明：带有表面复合材料层的7075铝合金比普通7075铝合金磨损量下降了54%。

Claims (4)

1. 一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法，其特征在于：
（1）对待加工的铝合金板表面进行打磨、清洗、干燥处理；
（2）选用乙醇含量为30-60%的水溶液，内加体积分数为40-60%的0.5-3.5微米 的碳化硅粒子，经1000W以上功率的超声波搅拌器搅拌20分钟以上，制成悬浮液；
（3）将上述悬浮液均匀地涂覆在上述铝合金板表面，用量以平铺不至于流淌为宜；
（4）待上述铝合金板干燥后，在相对湿度低于60%的空气中，采用底部平整的冲击头高速冲击上述铝合金板，冲击速度为5-10 m/s，冲击频率为15-30 Hz, 冲击接触压力为200-500 MPa，冲击头横向运行速度为10-50 mm/min；
（5）高速反复重击结束后，对上述铝合金板进行清洗、干燥处理，再进行变形量为3-10%的冷轧。
2.根据权利要求1所述的一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法，其特征在于：冲击头采用高速钢材质。
3. 根据权利要求1或2所述的一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法，其特征在于：冲击头底部截面积不低于300 mm2。
4. 根据权利要求3所述的一种高速反复重击制备表面铝基复合材料的方法，其特征在于：冲击头底部形状可以为方形或圆形。
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