CN104032252B - 一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法 - Google Patents

一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法 Download PDF

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一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，Al85Ni10La5非晶合金涂层的成分和原子百分比为：85%Al，10%Ni，5%La，其制备方法包括：1配料；2母合金熔炼；3合金电极的制备；4基体；5涂层的制备。本发明系一种电火花沉积的高比强度、良好韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性涂层的制备方法，该涂层可应用于磨具的表面沉积，在磨具表面形成具有高硬度、高结合强度、耐磨和耐蚀性的沉积层，或者用于被磨损工件的表面修复，属于表面强化或表面改性领域。

Description

一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种非晶合金涂层的制备方法，具体涉及一种Al85Ni10La5非晶合金涂层及制备方法。
背景技术
涂层是表面工程科学的重要组成部分，它能赋予零件表面耐磨性、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗疲劳、防辐射、导电、导磁、绝缘、装饰等多种特殊功能，是提高产品质量、节约能源和资源、获得显著经济效益的一种表面强化方法，在许多工业部门获得越来越多的广泛的应用。
Al基非晶合金材料不仅具有高的比强度，还具有良好的韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性等优点，是一种具有广阔应用前景的新型结构材料，已经得到了国内外科研工作者的密切关注。但是由于铝合金体系的非晶形成能力有限，需要较大的热冷却速度，一般加工工艺难以满足，使其大规模工业化应用遇到了瓶颈。但Al基非晶合金涂层却被认为是最有可能率先获得广泛应用的领域之一。
综上所述，为了能够拓展了Al基非晶合金材料的应用领域，我们必须开发新的Al基非晶合金涂层及制备方法。因此本发明利用电火花沉积系统，制备Al基非晶合金涂层，为生产线连续作业提供了可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，该方法系一种电火花沉积的高比强度、良好韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性涂层的制备方法，该涂层可应用于磨具的表面沉积，在磨具表面形成具有高硬度、高结合强度、耐磨和耐蚀性的沉积层，或者用于被磨损工件的表面修复，属于表面强化或表面改性领域。
本发明的技术方案是：一种Al85Ni10La5非晶合金涂层，其成分和原子百分比为：85%Al，10%Ni，5%La。
本发明提供了上述Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料：所用单质原料均采用质量百分比不低于99.9%的Al、Ni和La，利用精密电子天平按上述成分和原子百分比称出单质原料的质量，上述单质原料的总质量为120克；然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入石墨坩埚里面。
（2）母合金熔炼：将装有单质原料Al、Ni和La的石墨坩埚放入真空中频感应炉内，关好真空中频感应炉炉门，将真空中频感应炉工作腔抽真空至2×10-4帕，再通入质量百分比为99.99%的氩气，以控制单质原料在熔炼过程中的挥发量；开始熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭；熔炼过程包括加热和保温两个步骤；为保证母合金铸锭的成分均匀，加热和保温过程交替进行5次，共需要15分钟；熔炼完成后，母合金铸锭随真空中频感应炉冷却至室温，然后打开真空中频感应炉取出母合金铸锭。
（3）合金电极的制备：本方案所用的直径为5毫米圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得。将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择约20克的小块合金放入下面带有直径为1.5毫米小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，然后将感应炉工作腔抽真空至1×10-3帕，进行感应熔炼；待小块合金由固体变成合金熔体，立即用质量百分比为99.99%的氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在0.025兆帕，冷却速度103开/秒。喷铸所得5毫米圆棒状合金即为Al85Ni10La5合金电极。
（4）基体：选铝合金作为基体，将钢材用线切割切出长50毫米，宽50毫米，厚5毫米的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用。
（5）涂层的制备：涂层设备选用电火花沉积系统；将基体合金薄片固定在能导电的夹具上，Al85Ni10La5合金电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接，可在三维方向运动；调节焊枪前端Al85Ni10La5合金电极与基体合金薄片间的距离至适当距离；打开高频电源，设定工艺参数，包括电压30伏、60伏、90伏，电容10-500微法，放电频率60-2000赫兹；打开放电开关，Al85Ni10La5合金电极与基体间产生火花放电，Al85Ni10La5合金电极被熔化、溅射到基体表面，通过连接、叠加而形成连续的涂层。所得涂层即为Al85Ni10La5非晶合金涂层。
本发明的优点与效果是：本方法为一种高比强度、良好的韧性、超塑性、耐磨性和耐蚀性的Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，采用电火花沉积系统，不需要在真空条件进行操作，从而使该方法工艺成本低且简便易行，提高了生产效率，为生产线作业提供可能。
具体实施方式
以下通过实施例详述本发明。
实施例1
一种Al85Ni10La5非晶合金涂层成分，其成分和原子百分比为：85%Al，10%Ni，5%La。
所述的Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的Al、Ni和La。利用精密电子天平按上述成分和原子百分比称出单质原料的质量，上述单质原料的总质量为120克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入石墨坩埚里面。
（2）母合金熔炼：将装有单质原料Al、Ni和La的石墨坩埚放入真空中频感应炉内，关好真空中频感应炉炉门。将真空中频感应炉工作腔抽真空至2×10-4帕，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的氩气，以控制单质原料在熔炼过程中的挥发量。开始熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。熔炼过程包括加热和保温两个步骤。为保证母合金铸锭的成分均匀，加热和保温过程交替进行5次，共需要15分钟。熔炼完成后，母合金铸锭随真空中频感应炉冷却至室温，然后打开真空中频感应炉取出母合金铸锭。
（3）合金电极的制备：本方案所用的直径为5毫米圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得。将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择约20克的小块合金放入下面带有直径为1.5毫米小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里。然后将感应炉工作腔抽真空至1×10-3帕，进行感应熔炼。待小块合金由固体变成合金熔体，立即用质量百分比为99.99%的氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在0.025兆帕，冷却速度103开/秒。喷铸所得5毫米圆棒状合金即为Al85Ni10La5合金电极。
（4）基体：选铝合金作为基体，将钢材用线切割切出长50毫米，宽50毫米，厚5毫米的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用。
（5）涂层的制备：涂层设备选用电火花沉积系统。将基体合金薄片固定在能导电的夹具上，Al85Ni10La5合金电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接，可在三维方向运动；调节焊枪前端Al85Ni10La5合金电极与基体合金薄片间的距离为2厘米；打开高频电源，设定工艺参数，包括电压30伏，电容100微法，放电频率500赫兹；打开放电开关，Al85Ni10La5合金电极与基体间产生火花放电，Al85Ni10La5合金电极被熔化、溅射到基体表面，通过连接、叠加而形成连续的涂层。所得涂层即为Al85Ni10La5非晶合金涂层。
实施例2
一种Al85Ni10La5合金成分，其成分和原子百分比为：85%Al，10%Ni，5%La。
所述的Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的Al、Ni和La。利用精密电子天平按上述成分和原子百分比称出单质原料的质量，上述单质原料的总质量为120克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入石墨坩埚里面。
（2）母合金熔炼：将装有单质原料Al、Ni和La的石墨坩埚放入真空中频感应炉内，关好真空中频感应炉炉门。将真空中频感应炉工作腔抽真空至2×10-4帕，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的氩气，以控制单质原料在熔炼过程中的挥发量。开始熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。熔炼过程包括加热和保温两个步骤。为保证母合金铸锭的成分均匀，加热和保温过程交替进行5次，共需要15分钟。熔炼完成后，母合金铸锭随真空中频感应炉冷却至室温，然后打开真空中频感应炉取出母合金铸锭。
（3）合金电极的制备：本方案所用的直径为5毫米圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得。将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择约20克的小块合金放入下面带有直径为1.5毫米小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里。然后将感应炉工作腔抽真空至1×10-3帕，进行感应熔炼。待小块合金由固体变成合金熔体，立即用质量百分比为99.99%的氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在0.025兆帕，冷却速度103开/秒。喷铸所得5mm圆棒状合金即为Al85Ni10La5合金电极。
（4）基体：选铝合金作为基体，将钢材用线切割切出长50毫米，宽50毫米，厚5毫米的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用。
（5）Al基非晶合金涂层的制备：涂层设备选用电火花沉积系统。将基体合金薄片固定在能导电的夹具上，Al85Ni10La5合金电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接，可在三维方向运动；调节焊枪前端Al85Ni10La5合金电极与基体合金薄片间的距离为2厘米；打开高频电源，设定工艺参数，包括电压30伏，电容250微法，放电频率1000赫兹；打开放电开关，Al85Ni10La5合金电极与基体间产生火花放电，Al85Ni10La5合金电极被熔化、溅射到基体表面，通过连接、叠加而形成连续的涂层。所得涂层即为Al85Ni10La5非晶合金涂层。
实施例3
一种Al85Ni10La5非晶合金涂层成分，其成分和原子百分比为：85%Al，10%Ni，5%La。
所述的Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）配料：试验所用单质原料均采用纯度不低于99.9%（质量百分比）的Al、Ni和La。利用精密电子天平按上述成分和原子百分比称出单质原料的质量，上述单质原料的总质量为120克。然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入石墨坩埚里面。
（2）母合金熔炼：将装有单质原料Al、Ni和La的石墨坩埚放入真空中频感应炉内，关好真空中频感应炉炉门。将真空中频感应炉工作腔抽真空至2×10-4帕，再通入纯度为99.99%（质量百分比）的氩气，以控制单质原料在熔炼过程中的挥发量。开始熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭。熔炼过程包括加热和保温两个步骤。为保证母合金铸锭的成分均匀，加热和保温过程交替进行5次，共需要15分钟。熔炼完成后，母合金铸锭随真空中频感应炉冷却至室温，然后打开真空中频感应炉取出母合金铸锭。
（3）合金电极的制备：本方案所用的直径为5毫米圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得。将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择约20克的小块合金放入下面带有直径为1.5毫米小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里。然后将感应炉工作腔抽真空至1×10-3帕，进行感应熔炼。待小块合金由固体变成合金熔体，立即用质量百分比为99.99%的氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在0.025兆帕，冷却速度103开/秒。喷铸所得5毫米圆棒状合金即为Al85Ni10La5合金电极。
（4）基体：选铝合金作为基体，将钢材用线切割切出长50毫米，宽50毫米，厚5毫米的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用。
（5）涂层的制备：涂层设备选用电火花沉积系统。将基体合金薄片固定在能导电的夹具上，Al85Ni10La5合金电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接，可在三维方向运动；调节焊枪前端Al85Ni10La5合金电极与基体合金薄片间的距离为2厘米；打开高频电源，设定工艺参数，包括电压90伏，电容500微法，放电频率2000赫兹；打开放电开关，Al85Ni10La5合金电极与基体间产生火花放电，Al85Ni10La5合金电极被熔化、溅射到基体表面，通过连接、叠加而形成连续的涂层。所得涂层即为Al85Ni10La5非晶合金涂层。

Claims (1)

1.一种Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法，Al85Ni10La5非晶合金涂层的成分和原子百分比为：85％Al，10％Ni，5％La，其特征是：上述Al85Ni10La5非晶合金涂层的制备方法包括以下步骤：(1)配料：所用单质原料均采用质量百分比不低于99.9％的Al、Ni和La，利用精密电子天平按上述成分和原子百分比称出单质原料的质量，上述单质原料的总质量为120克；然后用石油醚和无水乙醇对上述单质原料进行超声波清洗，最后把上述单质原料混合一起放入石墨坩埚里面；(2)母合金熔炼：将装有单质原料Al、Ni和La的石墨坩埚放入真空中频感应炉内，关好真空中频感应炉炉门，将真空中频感应炉工作腔抽真空至2×10-4帕，再通入质量百分比为99.99％的氩气，以控制单质原料在熔炼过程中的挥发量；开始熔炼上述单质原料，使其成为母合金铸锭；熔炼过程包括加热和保温两个步骤；为保证母合金铸锭的成分均匀，加热和保温过程交替进行5次，共需要15分钟；熔炼完成后，母合金铸锭随真空中频感应炉冷却至室温，然后打开真空中频感应炉取出母合金铸锭；(3)合金电极的制备：本方案所用的直径为5毫米圆棒状合金电极均在高真空下利用铜模喷铸造方法获得；将上述母合金铸锭压碎成小块合金，选择20克的小块合金放入下面带有直径为1.5毫米小孔的石英管内，再把装有小块合金的石英管放进感应炉里，然后将感应炉工作腔抽真空至1×10-3帕，进行感应熔炼；待小块合金由固体变成合金熔体，立即用质量百分比为99.99％的氩气将石英管内的合金熔体喷入正下方的铜模内，喷射气压控制在0.025兆帕，冷却速度103开/秒；喷铸所得5毫米圆棒状合金即为Al85Ni10La5合金电极；(4)基体：选铝合金作为基体，将钢材用线切割切出长50毫米，宽50毫米，厚5毫米的薄片，表面经砂纸研磨抛光后，分别用丙酮、酒精和去离子水超声波清洗待用；(5)涂层的制备：涂层设备选用电火花沉积系统；将基体合金薄片固定在能导电的夹具上，Al85Ni10La5合金电极夹持在焊枪前端，焊枪与自动进给系统相连接，可在三维方向运动；调节焊枪前端Al85Ni10La5合金电极与基体合金薄片间的距离至适当距离；打开高频电源，设定工艺参数，包括电压30伏、60伏、90伏，电容10-500微法，放电频率60-2000赫兹；打开放电开关，Al85Ni10La5合金电极与基体间产生火花放电，Al85Ni10La5合金电极被熔化、溅射到基体表面，通过连接、叠加而形成连续的涂层；所得涂层即为Al85Ni10La5非晶合金涂层。
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