CN104593782A - 一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：1、铝基材料表面预处理；2、将预处理后的铝基材料放入配制好的化学镀镍液中；3、用清水反复清洗后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；4、启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3×10-2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照冲击材料表面，进行表面合金化处理； 5、用XRD对获得铝镍合金层进行相组成分析。本发明具有如下优点：对铝合金进行合金化处理能够赋予其优异的耐磨性能并有效地改善铝合金基体的耐腐蚀性能，该合金层与铝合金金属基体有良好的结合力。具有易于实施，经济适用的优点。具有操作简单，避免空气污染，提高合金层纯度的优点。
Description
技术领域
本发明属于材料表面改性技术领域。特别设计一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法。
背景技术
铝及其合金由于具有重量轻、导电性能好，易冲压、拉伸和加工的特点，成为目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大金属材料。但铝及铝合金也存在耐磨性差、硬度低等缺点，影响了其应用范围和使用寿命。因此铝合金在使用前往往须经过相应的表面处理以满足其对环境的适应性和安全性要求，减少腐蚀，延长使用寿命。随着国民经济的进一步发展，铝合金材料在各行各业中的应用将更加广泛，特别是在航天、航空、轻工、建筑、汽车、电子、通讯等领域。铝合金在使用材料中所占的比例将越来越大，其伺服条件也越来越苛刻，同时对铝合金的表面处理的要求也越来越高，只有赋予其各种优异的表面功能特性，才能使铝合金在使用中承受更加恶劣的工作环境需求。
目前，铝合金表面改性技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。用铝合金制品作阳极，通电氧化，使铝合金制品表面形成一层较厚而致密的硬质氧化物保护膜，该膜具有双层结构，表面为多孔蜂窝状，较之铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性均显著提高。除此之外，铝合金表面处理技术还有电镀技术、化学镀技术、电弧喷涂技术、激光表面改性技术、等离子体表面改性等。这些方法都能在一定程度上改善铝合金的耐腐蚀性及铝合金表面耐磨性。但这些技术除了存在着或是操作复杂、或具有污染等缺点外，都不是在铝合金表面制备合金层的技术。
电子束加工技术是利用高能量密度的电子束流作为热源，对材料或构件进行特种加工的技术，起步于70年代。80年代后期，得以加速发展，美国、欧共体、日本等发达国家相继建立了自己的高能束流技术研究中心。我国对高能束流技术的研究起步较晚，和世界一些发达国家研究相比，差距较大。
脉冲电子束表面处理是一种选择性区域处理。从电子枪阴极表面发射的电子，经加速后直接轰击需要处理的工件表面，瞬间的能量转换和沉积使几个μm到几个mm “表面层”温度急剧升高，而“基体”仍保持“冷态”。电子束结束辐照后，加热区域的热量迅速向基体扩散，表面层的温度急剧下降，从而在表面改性层中形成特定的加热、冷却过程。以上述过程为基础，通过控制入射电子束的形成、能量幅值及空间分布，同时附以必要合金元素（气体或固体）的添加，就构成了脉冲电子束表面改性处理的独特工艺。
总之，迄今为止，没有人采用化学镀技术和强流脉冲电子束辐射技术相结合的方法制备铝镍合金。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种在铝基材料表面制备一层铝镍合金方法，该方法采用在铝基材料表面化学镀镍和强流电子束辐射方法相结合获得铝镍合金层。此合金层可以提高铝合金的使用寿命。
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝基材料用水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝基材料放入配制好的化学镀镍液中，化学镀镍成分为： NiSO4为10g/L、NaH2PO4为30g/L、乳酸25mg/L、硫脲5mg/L、十二烷基硫酸钠2mg/L，化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层2~8μm厚的金属镍层；
（3）用清水反复清洗后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3×10-2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照冲击材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压8-15KV，电流50-200A，脉冲间隔5-60秒，脉冲次数为10-80次。
（5）用XRD对获得铝镍合金层进行相组成分析，将获得的衍射谱图和标准谱图比对，以便确定电子束辐射处理是否能够制备铝镍合金。
所述的步骤（2）中金属镍层优选3~5μm。
所述的步骤（3）中加速电压优选10~15KV。
所述的步骤（3）中电流优选100~150A。
所述的步骤（3）中脉冲间隔优选10-30秒。
所述的步骤（3）中脉冲次数优选15~30次。
本发明与其他技术相比具有如下优点：
（1）对铝合金进行合金化处理能够赋予其优异的耐磨性能并有效地改善铝合金基体的耐腐蚀性能，该合金层与铝合金金属基体有良好的结合力。
（2）采用化学镀的方式在铝合金表面覆上镍层，具有易于实施，经济适用的优点。
（3）采用强流脉冲电子束辐射冲击合金化，处理过程中，具有操作简单，避免空气污染，提高合金层纯度的优点。
附图说明
图1为实施例1电子束辐射形成的铝镍合金层XRD谱图；
图2为实施例2电子束辐射形成的铝镍合金层XRD谱图；
图3为实施例3电子束辐射形成的铝镍合金层XRD谱图。
具体实施方案
实施例1
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝合金切割成15mm×10mm×3mm的薄片，用台钻在试样边缘处钻一小孔。将其分别用400#，800#，1000#水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝合金基体放入配制好的化学镀镍液中，进行化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层3μm厚的金属镍层；
（3）用清水反复清洗镍层后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度为2×10-2Pa，采用强流脉冲电子束辐照冲击材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压15KV，电流100A，脉冲间隔5秒，脉冲次数为15次；
（5）制备的铝镍合金XRD谱图如图1所示，经和标准卡片对比，晶相结构为AlNi3、Al3Ni、Al3Ni2。
实施例2
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝合金切割成15mm×10mm×3mm的薄片，用台钻在试样边缘处钻一小孔。将其分别用400#，800#，1000#水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝合金基体放入配制好的化学镀镍液中，进行化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层4μm厚的金属镍层。
（3）用清水反复清洗镍层后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度为2.3×10-2Pa，采用强流脉冲电子束辐照冲击镀材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压13KV，电流120A，脉冲间隔10秒，脉冲次数为20次；
（5）制备的铝镍合金XRD谱图如图2所示，经和标准卡片对比，制备的铝镍合金，晶相结构为AlNi3、Al3Ni、Al3Ni2。
实施例3
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝合金切割成15mm×10mm×3mm的薄片。用台钻在试样边缘处钻一小孔。将其分别用400#，800#，1000#水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝合金基体放入配制好的化学镀镍液中，进行化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层5μm厚的金属镍层；
（3）用清水反复清洗镍层后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度为2.5×10-2Pa，采用强流脉冲电子束辐照冲击镀材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压10KV，电流150A，脉冲间隔30秒，脉冲次数为12次；
（5）制备的铝镍合金XRD谱图如图3所示，经和标准卡片对比，制备的铝镍合金，晶相结构为AlNi3、Al3Ni、Al3Ni2。
实施例4
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝合金切割成15mm×10mm×3mm的薄片，用台钻在试样边缘处钻一小孔。将其分别用400#，800#，1000#水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝合金基体放入配制好的化学镀镍液中，进行化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层2μm厚的金属镍层；
（3）用清水反复清洗镍层后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度为2.1×10-2Pa，采用强流脉冲电子束辐照冲击材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压8KV，电流50A，脉冲间隔60秒，脉冲次数为30次；
（5）制备的铝镍合金XRD谱图。
实施例5
一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝合金切割成15mm×10mm×3mm的薄片，用台钻在试样边缘处钻一小孔。将其分别用400#，800#，1000#水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝合金基体放入配制好的化学镀镍液中，进行化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层8μm厚的金属镍层。
（3）用清水反复清洗镍层后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度为1.9×10-2Pa，采用强流脉冲电子束辐照冲击镀材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压11KV，电流200A，脉冲间隔20秒，脉冲次数为80次；
（5）制备的铝镍合金XRD谱图。
Claims (6)
1.一种采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 包括如下工艺步骤：
（1）铝基材料表面预处理：将铝基材料用水磨砂纸打磨至表面光滑平整后，用清水清洗去除表面杂质、烘干后备用；
（2）将预处理后的铝基材料放入配制好的化学镀镍液中，化学镀镍成分为： NiSO4为10g/L、NaH2PO4为30g/L、乳酸25mg/L、硫脲5mg/L、十二烷基硫酸钠2mg/L，化学镀镍处理，在其表面化学镀上一层2~8μm厚的金属镍层；
（3）用清水反复清洗后，烘干，放入强流脉冲电子束真空样品室内；
（4）启动强流脉冲电子束仪器，涡轮分子泵抽真空至真空度小于3×10-2Pa后，采用强流脉冲电子束辐照冲击材料表面，进行表面合金化处理；处理参数为：加速电压8-15KV，电流50-200A，脉冲间隔5-60秒，脉冲次数为10-80次；
（5）用XRD对获得铝镍合金层进行相组成分析，将获得的衍射谱图和标准谱图比对，以便确定电子束辐射处理是否能够制备铝镍合金。
2.采用权利要求1所述的采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 所述的步骤（2）中金属镍层优选3~5μm。
3.采用权利要求1所述的采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 所述的步骤（3）中加速电压优选10~15KV。
4.采用权利要求1所述的采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 所述的步骤（3）中电流优选100~150A。
5.采用权利要求1所述的采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 所述的步骤（3）中脉冲间隔优选10-30秒。
6.采用权利要求1所述的采用电子束辐照制备铝镍合金的方法，其特征在于: 所述的步骤（3）中脉冲次数优选15~30次。
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