CN105779959B - 一种铝合金表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金表面改性技术,属于铝合金铸造技术领域,包括清洁处理、表面剧烈物理处理、表面注入金属离子、高温养护、喷涂和激光器辐照步骤。本发明选用了钇、镍、铟元素作为注入元素,使镁合金表面的抗氧化性能得到了有效提高,同时在表面喷涂一层硬度高、耐磨性好的铬‑钛‑硅‑锰‑铝‑硒‑锌‑钙合金化层,并配合本发明的工艺处理,且合金化层与铝合金基材有良好的结合力,提升了铝合金的功能性与耐久性,其表层具有抗氧化、抗疲劳、耐热、耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域,尤其涉及一种铝合金表面改性方法。
背景技术
铝是地壳中含量最高的金属元素,强度比较高,接近或超过优质钢,同时其塑性好,能够加工成各种型材,具有良好的导电性、导热性和抗蚀性等特点。铝合金在航空航天、建筑装饰等领域有着广泛的应用,尤其在汽车领域。铝合金材料的应用在减轻汽车自重以降低能耗,减少环境污染,提高汽车的燃料经济性,节约有限资源等方面发挥着十分重要的作用。镁合金被认为是最具有发展前途的绿色新型结构材料,因其具有比强度高、刚度大、抗冲击性能好、抗震性好、热容量低、冷凝速度快、良好的机械加工性能等优点,目前Mg合金逐渐取代各种结构产品中的钢铁、Al合金以及其他材料,并广泛应用于汽车、电子、通讯等民用领域,在航空航天、军工国防等尖端领域也得到极大的重视。因此镁合金在未来势必会更广泛的应用在各行各业。但随着工业生产的进一步发展,对铝合金的表面性能提出了更高的要求,耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种铝合金表面改性方法。
具体包括以下步骤:
1)对铝合金表面进行清洁处理;
2)对铝合金材料进行表面剧烈物理处理,去除表面氧化膜,然后用丙酮清洗干净;
3)将铝合金放入离子注入机的真空室中,向其表面注入金属离子,达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时;
4)高温养护,步骤3)处理后的铝合金放在在300~350℃的高温环境中养护3~10h;
5)将铝合金放入真空喷涂机中,对铝合金喷涂喷涂液,涂层厚度为0.1~0.2mm,然后在30~45℃的环境中干燥3h以上;
6)用激光器对铝合金表面进行辐照,并采用惰性气体保护。
进一步的,所述的步骤3)的金属离子为钇、镍、铟离子中的至少一种。
进一步的,所述的步骤3)的金属离子为钇、镍和铟离子;步骤3) 的具体步骤为:将铝合金放入离子注入机的真空室中,抽真空室中
1.4×10-3Pa,向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的钇离子,相应钇离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的镍离子,相应镍离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的铟离子,相应铟离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时。
进一步的,所述的喷涂液为以下重量份的原料制备而成:铬20~25 份、钛15~20份、硅20~25份、锰2~5份、铝5~10份、硒1~4份、锌1~3 份、钙0.5~3份、聚乙烯醇2~5份、去离子水50~60份。
进一步的,所述的喷涂液通过以下步骤制作而成:
1)将称取好的铬、钛、硅、锰、铝、硒、锌、钙放入球磨机中混合2~5h,得到混合粉末;
2)将聚乙烯醇放入去离子水中,水浴加热,使聚乙烯醇完全融化,得到聚乙烯醇溶液;
3)将混合粉末加入聚乙烯醇溶液中,搅拌均匀,得到喷涂液。
进一步的,所述的步骤6),激光焦斑的离焦量为6-7mm,脉冲宽度为12-14ms,激光峰值功率为10-12kw,频率8-11HZ,扫描速度为7-9mm/s。
进一步的,所述激光器采用是UW-600A型YAG激光器。
进一步的,所述的剧烈物理处理为喷丸、滚压、激光冲击处理中的至少一种。
本发明的有益效果在于:本发明选用了钇、镍、铟元素作为注入元素,使镁合金表面的抗氧化性能得到了有效提高,同时在表面喷涂一层硬度高、耐磨性好的铬-钛-硅-锰-铝-硒-锌-钙合金化层,并配合本发明的工艺处理,且合金化层与铝合金基材有良好的结合力,提升了铝合金的功能性与耐久性,其表层具有抗氧化、抗疲劳、耐热、耐腐蚀性能。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例一
本发明提供了一种铝合金表面改性方法。具体包括以下步骤:
1)对铝合金表面进行清洁处理;采用浓度为5%的硫酸溶液进行清洗;
2)对铝合金材料进行表面剧烈物理处理,具体为应用喷丸、滚压或激光冲击物理技术去除表面氧化膜,然后用丙酮清洗干净;
3)将铝合金放入离子注入机的真空室中,抽真空室中1.4×10-3 Pa,向其表面注入剂量为5×1013ions/cm2的钇离子,相应钇离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1013ions/cm2的镍离子,相应镍离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1013ions/cm2的铟离子,相应铟离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时;
4)高温养护,步骤3)处理后的铝合金放在在300~350℃的高温环境中养护3h;
5)将铝合金放入真空喷涂机中,对铝合金喷涂喷涂液,涂层厚度为0.1mm,然后在30~45℃的环境中干燥3h以上;所述的喷涂液为以下原料制备而成:铬20kg、钛15kg、硅20kg、锰2kg、铝5kg、硒1kg、锌1kg、钙0.5kg、聚乙烯醇2kg、去离子水50kg;制作步骤为:a、将称取好的铬、钛、硅、锰、铝、硒、锌、钙放入球磨机中混合2~5h,得到混合粉末;b\将聚乙烯醇放入去离子水中,水浴加热,使聚乙烯醇完全融化,得到聚乙烯醇溶液;c、将混合粉末加入聚乙烯醇溶液中,搅拌均匀,得到喷涂液;
6)用激光器对铝合金表面进行辐照,并采用惰性气体保护,操作时,从侧向吹惰性气体,以防止氧化;激光器采用是UW-600A型 YAG激光器,激光焦斑的离焦量为6-7mm,脉冲宽度为12-14ms,激光峰值功率为10-12kw,频率8-11HZ,扫描速度为7-9mm/s。
实施例二
本发明提供了一种铝合金表面改性方法。具体包括以下步骤:
1)对铝合金表面进行清洁处理;采用浓度为5%的硫酸溶液进行清洗;
2)对铝合金材料进行表面剧烈物理处理,具体为应用喷丸、滚压或激光冲击物理技术去除表面氧化膜,然后用丙酮清洗干净;
3)将铝合金放入离子注入机的真空室中,抽真空室中1.4×10-3 Pa,向其表面注入剂量为5×1014ions/cm2的钇离子,相应钇离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1014ions/cm2的镍离子,相应镍离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1016ions/cm2的铟离子,相应铟离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时;
4)高温养护,步骤3)处理后的铝合金放在在300~350℃的高温环境中养护10h;
5)将铝合金放入真空喷涂机中,对铝合金喷涂喷涂液,涂层厚度为0.2mm,然后在30~45℃的环境中干燥3h以上;所述的喷涂液为以下原料制备而成:铬25kg、钛20kg、硅25kg、锰5kg、铝10kg、硒 4kg、锌3kg、钙3kg、聚乙烯醇5kg、去离子水60kg;制作步骤为:a、将称取好的铬、钛、硅、锰、铝、硒、锌、钙放入球磨机中混合2~5h,得到混合粉末;b\将聚乙烯醇放入去离子水中,水浴加热,使聚乙烯醇完全融化,得到聚乙烯醇溶液;c、将混合粉末加入聚乙烯醇溶液中,搅拌均匀,得到喷涂液;
6)用激光器对铝合金表面进行辐照,并采用惰性气体保护,操作时,从侧向吹惰性气体,以防止氧化;激光器采用是UW-600A型 YAG激光器,激光焦斑的离焦量为6-7mm,脉冲宽度为12-14ms,激光峰值功率为10-12kw,频率8-11HZ,扫描速度为7-9mm/s。
实施例三
本发明提供了一种铝合金表面改性方法。具体包括以下步骤:
1)对铝合金表面进行清洁处理;采用浓度为5%的硫酸溶液进行清洗;
2)对铝合金材料进行表面剧烈物理处理,具体为应用喷丸、滚压或激光冲击物理技术去除表面氧化膜,然后用丙酮清洗干净;
3)将铝合金放入离子注入机的真空室中,抽真空室中1.4×10-3 Pa,向其表面注入剂量为5×1014ions/cm2的钇离子,相应钇离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1014ions/cm2的镍离子,相应镍离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量为5×1014ions/cm2的铟离子,相应铟离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时;
4)高温养护,步骤3)处理后的铝合金放在在300~350℃的高温环境中养护3~10h;
5)将铝合金放入真空喷涂机中,对铝合金喷涂喷涂液,涂层厚度为0.15mm,然后在40℃的环境中干燥3h以上;所述的喷涂液为以下原料制备而成:铬23kg、钛18kg、硅22kg、锰4kg、铝7kg、硒2kg、锌2kg、钙1.5kg、聚乙烯醇4kg、去离子水55kg;制作步骤为:a、将称取好的铬、钛、硅、锰、铝、硒、锌、钙放入球磨机中混合2~5h,得到混合粉末;b\将聚乙烯醇放入去离子水中,水浴加热,使聚乙烯醇完全融化,得到聚乙烯醇溶液;c、将混合粉末加入聚乙烯醇溶液中,搅拌均匀,得到喷涂液;
6)用激光器对铝合金表面进行辐照,并采用惰性气体保护,操作时,从侧向吹惰性气体,以防止氧化;激光器采用是UW-600A型 YAG激光器,激光焦斑的离焦量为6-7mm,脉冲宽度为12-14ms,激光峰值功率为10-12kw,频率8-11HZ,扫描速度为7-9mm/s。
Claims (6)
1.一种铝合金表面改性方法,其特征在于包括以下步骤:
1)对铝合金表面进行清洁处理;
2)对铝合金材料进行表面剧烈物理处理,去除表面氧化膜,然后用丙酮清洗干净;
3)将铝合金放入离子注入机的真空室中,向其表面注入金属离子,达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时;
4)高温养护,步骤3)处理后的铝合金放在300~350℃的高温环境中养护3~10h;
5)将铝合金放入真空喷涂机中,对铝合金喷涂喷涂液,涂层厚度为0.1~0.2mm,然后在30~45℃的环境中干燥3h以上;
6)用激光器对铝合金表面进行辐照,并采用惰性气体保护;所述的步骤3)的金属离子为钇、镍、铟离子中的至少一种;所述的喷涂液为以下重量份的原料制备而成:铬20~25份、钛15~20份、硅20~25份、锰2~5份、铝5~10份、硒1~4份、锌1~3份、钙0.5~3份、聚乙烯醇2~5份、去离子水50~60份。
2.如权利要求1所述的铝合金表面改性方法,其特征在于:所述的步骤3)的金属离子为钇、镍和铟离子;步骤3)的具体步骤为:将铝合金放入离子注入机的真空室中,抽真空室中1.4×10-3Pa,向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的钇离子,相应钇离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的镍离子,相应镍离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;然后向其表面注入剂量至少为5×1013ions/cm2的铟离子,相应铟离子的引出电压为50kV,离子流密度为6μA/cm2;达到所需的注入剂量后,停止注入离子,保持真空半个小时。
3.如权利要求1所述的铝合金表面改性方法,其特征在于:所述的喷涂液通过以下步骤制作而成:
1)将称取好的铬、钛、硅、锰、铝、硒、锌、钙放入球磨机中混合2~5h,得到混合粉末;
2)将聚乙烯醇放入去离子水中,水浴加热,使聚乙烯醇完全融化,得到聚乙烯醇溶液;
3)将混合粉末加入聚乙烯醇溶液中,搅拌均匀,得到喷涂液。
4.如权利要求1所述的铝合金表面改性方法,其特征在于:所述的步骤6),激光焦斑的离焦量为6-7mm,脉冲宽度为12-14ms,激光峰值功率为10-12kw,频率8-11HZ,扫描速度为7-9mm/s。
5.如权利要求1所述的铝合金表面改性方法,其特征在于:所述激光器采用是UW-600A型YAG激光器。
6.如权利要求1所述的铝合金表面改性方法,其特征在于:所述的剧烈物理处理为喷丸、滚压、激光冲击处理中的至少一种。
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