CN102534720A - 一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在铝合金表面获得的金属陶瓷薄膜及其制备方法。该薄膜的制备方法包括：打磨铝合金表面，清除表面的尤物、灰尘等杂质，对处里面进行微弧氧化处理；然后采用强流脉冲电子束对微弧氧化表面进行多次轰击处理，制备出金属陶瓷强化薄膜。本发明能够在铝合金表面制备出高硬度耐磨涂层；且从基体中引入金属相能够极大的提高涂层的结合强度，提高陶瓷层的韧性，获得力学性能好的金属陶瓷涂层。

Description

一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，涉及到铝合金表面涂覆强化处理，特别涉及到铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法。 

背景技术

铝合金具有密度小，比强度高，导电、导热性优良，耐蚀，塑性和成型性好，容易加工，无低温脆性等优良的性能，在适用性上已成为仅次于钢铁的第二大金属材料。铝合金材料已广泛地应用于建筑、航空、军事、汽车、航海、医疗等几乎遍及所有的工业领域中。 

然而，铝合金的硬度低、耐磨性和康擦伤性差，直接限制了其作为摩擦副的应用；且蚀电位较负，腐蚀比较严重，也限制了其在武器，特别是在海军装备中的应用。传统的表面处理技术包括电镀硬铬、阳极氧化、热喷涂等均不同程度存在一定的缺陷。微弧氧化技术属于等离子电解沉积技术，与传统表面涂覆方法不同，它是在金属基体表面直接“原位”氧化烧结出硬质氧化物陶瓷涂层，陶瓷质的高硬度、高阻抗和高稳定性满足铝合金防海水腐蚀、高温热蚀和改善耐磨等性能要求。尤其是在减摩条件下，微弧氧化技术可以在铝合金表面形成硬质氧化铝多孔陶瓷层，其表面均匀分布的微孔有利于在摩擦过程中形成连续油膜，从而改善摩擦条件。而且该工艺处理效率高、操作工艺简单、环境污染小、性价比高、适用于自动化生产，在许多领域具有应用前景。然而作为陶瓷涂层其也存在孔隙率高、韧性差，且钛合金微弧氧化涂层过渡层尺寸大，存在明显的界面，结合力较差。 

脉冲电子束技术起源于20世纪60年代。直到20世纪80年代，低能强流脉冲电子束才开始在材料表面改性方面获得重视和使用。该技术能够实现较高的能量沉积(0～50J/cm²)使材料表层在时间(ns～10²μs)和空间(0μm～10²μm)高度压缩的情况下，形成10³K数量级的温度场、10⁸～10⁹K/s的退火速率和 10²～10³MPa的应力场，诱发一系列非平衡态的剧烈的物理化学变化，从而提高金属材料表层的硬度、耐磨耐蚀性能，甚至疲劳性能，实现材料表面性能的强化和优化。但由于设备的原因，目前只有俄罗斯，德国，美国，日本等的个别科研单位在这方面进行了一些探索性工作。。 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的缺陷，提供一种铝合金表面采用金属基陶瓷强化的方法。 

采用的技术方案是 

一种铝合金表面采用金属基陶瓷强化的方法其特征在于包括以下步骤： 

(1)打磨铝合金部件表面，除去表面的凸起； 

(2)清洗经过(1)处理的铝合金部件处理面，除去油污、杂质； 

(3)将经过步骤(2)处理的了铝合金部件表面进行微弧氧化处理，制备主要成分为三氧化二铝陶瓷的涂层； 

(4)研磨经过步骤(3)处理的铝合金表面，除去微弧氧化陶瓷涂层的疏松层； 

(5)采用强流脉冲电子束对通过步骤(4)处理的钛合金部件表面进行多次轰击处理，。 

为了进一步提高涂层韧性、耐磨性和结合强度等综合性能，上述步骤(3)中DSM30F型微弧氧化装置微弧氧化电解液为硅酸钠体系电解液，处理参数为：正向最大恒定电压为400～600V，最大负向电压为100～300V，电流密度1A/dm²～5A/dm²，脉宽1000～10000μs，脉间300～2000μs，温度0～60℃； 

为了进一步提高涂层的韧性、耐磨性和结合强度等综合性能，上述步骤(5)中采用SOLO-型强流脉冲电子束设备，电子束轰击参数为：能量密度为：5～15J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：1～5Hz，脉冲次数：5～30次，真空度P＜3.5×10^-2Pa； 

上述步骤(1)中所述打磨，砂纸粒度应在600目以内； 

上述步骤(2)中所述表面油污及灰尘的清除，可采用酒精、丙酮等有机溶剂，或热碱等其他溶液或方式，清洗10分钟以上； 

上述步骤(3)中所述研磨方法包括砂纸打磨、磁力炮管、机械抛光等方式，以除去陶瓷涂层的疏松层为最佳。 

具体地说：一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法，其包括： 

(1)采用粒度600目以内砂纸打磨铝合金部件表面，除去表面的凸起等缺陷，保证处理表面的精度； 

(2)采用酒精、丙酮有机溶剂，或热碱溶液，清洗经过(1)处理的钛合金部件表面10分钟以上，除去油污、杂质； 

(3)采用硅酸钠体系电解液对经过步骤(2)处理的表面进行微弧氧化处理，处理参数为：正向最大恒定电压为400～600V，最大负向电压为100～300V，电流密度1A/dm²～5A/dm²，脉宽1000～10000μs，脉间300～2000μs，温度0～60℃，制备出三氧化二铝陶瓷涂层； 

(4)通过砂纸打磨、磁力抛光、机械抛光等方式，以除去将经过步骤(3)获得的陶瓷涂层疏松层除去； 

(5)采用强流脉冲电子束对经过步骤(4)处理的铝合金部件表面轰击处理，轰击参数为：电流密度为：5～15J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：1～5Hz，脉冲次数：5～30次，真空度P＜3.5×10^-2Pa，获得强化金属陶瓷复合涂层。 

本发明所具有的效果： 

本发明制备的复合涂层为金属陶瓷材料，既具有金属的高致密度、韧性，又具有陶瓷材料的高硬度、耐磨耐蚀和抗高温的特点。 

另外，金属陶瓷复合涂层由金属基体原位生长出来，且从其表面到基体金属内部，陶瓷相和金属相的含量呈连续的梯度状变化效果，达到无明显结合界面的效果；因此，该复合强化层结合强度更高，与基体金属具有更好的热匹配性，能够解决传统涂覆保护层过早剥落的问题。 

具体实施方式

实施例1 

一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法，具体包括以下工艺步骤： 

(1)采用粒度600目砂纸打磨铝合金部件表面，除去表面的凸起等缺陷，保证处理表面的精度； 

(2)采用酒精，清洗经过(1)处理的钛合金部件表面15分钟，除去油污、杂质等； 

(3)选取ADC12铝合金板材，采用钨酸钠钠(2g/L)-硅酸钠(40g/L)系电解液，处理参数为：正向最大恒定电压为400V，最大负向电压为300V，电流密度5A/dm²，脉宽1000μs，脉间2000μs，温度25℃，制备出三氧化二铝陶瓷涂层； 

(4)通过砂纸打磨，以除去将经过步骤(3)获得微弧氧化陶瓷涂层的疏 松层除去； 

(5)采用强流脉冲电子束对通过步骤(4)处理的钛合金部件表面轰击处理，轰击参数为：电流密度为：15J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：1Hz，脉冲次数：5次，真空度P为3.2×10^-2Pa，获得金属陶瓷复合陶瓷。 

实施例2 

一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法，具体包括以下工艺步骤： 

(1)采用粒度600目砂纸打磨铝合金部件表面，除去表面的凸起等缺陷，保证处理表面的精度； 

(2)采用90～100℃热碱溶液，清洗经过(1)处理的钛合金部件表面20分钟，除去油污、杂质； 

(3)选取ADC12铝合金板材，采用钨酸钠钠(2g/L)-硅酸钠(40g/L)系电解液，处理参数为：正向最大恒定电压为600V，最大负向电压为100V，电流密度1A/dm²，脉宽10000μs，脉间300μs，温度25℃，制备出三氧化二铝陶瓷涂层； 

(4)通过机械抛光，以除去将经过步骤(3)获得微弧氧化陶瓷涂层的疏松层除去； 

(5)采用强流脉冲电子束对通过步骤(4)处理的钛合金部件表面轰击处理，轰击参数为：电流密度为：5J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：5Hz，脉冲次数：30次，真空度P为3×10^-2Pa，获得金属陶瓷复合陶瓷。 

经过本方法制备的涂层厚度在10～30μm，涂层表面显微硬度在1200Hv以上，涂层表面致密无微弧氧化形成的孔隙等缺陷，摩擦系数降低到0.2以下，磨损量降低1倍以上。 

Claims (1)

1.一种铝合金表面金属陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于包括以下工艺过程：

（1）采用粒度600目以内砂纸打磨铝合金部件表面，除去表面的凸起等缺陷，保证处理表面的精度；

（2）采用酒精、丙酮有机溶剂，或热碱溶液，清洗经过（1）处理的钛合金部件表面10-30分钟，除去油污、杂质；

（3）采用硅酸钠体系电解液对经过步骤（2）处理的表面进行微弧氧化处理，处理参数为：正向最大恒定电压为400~600 V，最大负向电压为100~300 V，电流密度1A/dm²~5A/dm²，脉宽1000~10000μs，脉间300~2000μs，温度0~60℃，制备出三氧化二铝陶瓷涂层；

（4）通过砂纸打磨、磁力抛光、机械抛光等方式，以除去将经过步骤（3）获得的陶瓷涂层疏松层除去；

（5）采用强流脉冲电子束对经过步骤（4）处理的铝合金部件表面轰击处理，轰击参数为：电流密度为：5～15J/cm²，脉冲宽度：30μs，频率：1~5Hz，脉冲次数：5~30次，真空度P＜3.5× 10^-2Pa，获得强化金属陶瓷复合涂层。