CN105925977A - 一种铝合金构件的表面处理方法 - Google Patents

一种铝合金构件的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种铝合金构件的表面处理方法，对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成Al2O3基复合陶瓷涂层，改善了铝合金防爆能力，再采用热喷涂，形成镍‑铁金属复合涂层，进一步地提高了自身综合力学性能，然后将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，一方面改善了铝合金表面光泽度，另一方面提高了铝合金基体的耐高温、耐高压的性能，通过本发明合理的工艺设置，一方面提高了铝合金的耐蚀性、电磁屏蔽能力、自身综合力学性能；另一方面改善了铝合金表面光泽度，以及有效防止铝合金被刮伤。

Description

一种铝合金构件的表面处理方法
技术领域
本发明涉及合金技术领域，具体涉及一种铝合金构件的表面处理方法。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，其密度低，抗拉强度高，延伸率高，疲劳强度好，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，被大量应用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业领域。
尽管如此，随着国际竞争力的加大，发达国家高端装备制造业对高性能铝合金产品提出了更高的耐高温、抗疲劳、高安全性等指标要求，使得我国80％以上的出口铝合金产品只能用作低廉的初级原材料，并且这些低价出口的铝合金又被欧、美、日等发达国家制成高附加值的产品返销回国，因此，提升铝合金产品的附加值成为我国铝合金行业发展亟待解决的问题。
众所周知，铝合金构件的表面状态能直接影响其性能，比如使用时限、耐腐蚀和耐高温等性能，因此，必须对成型的铝合金进行表面改性处理，改善其表面性能，更进一步对其强度、质度、细化、塑性、耐腐蚀性进行改善，进而实现其更高的应用价值。
目前，常用的铝合金表面改性技术主要有以下方法：(1)溶胶-凝胶法：将金属醇盐或无机盐作为前驱体，溶于溶剂中形成均匀溶于，溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应生产物聚集成几个纳米左右的离子并形成溶胶，再以溶胶为原料对各种基材进行涂膜处理，溶胶膜经凝胶化及干燥处理后，得到干燥胶膜，最后在一定温度下烧结即得所需涂层，该法设备要求低，但是单词涂膜的涂层较薄，需多次积层、烧结，因此工序复杂，生产周期长，成本较高，同时烧结温度过高，也限制了基体材料的选择范围；(2)稀土转化膜法：稀土溶液浸泡、熔盐浸泡或镀膜，该法主要利用浸泡处理，工艺简单，易于维护，生产成本低，废液无污染，但浸泡处理液需要长时间维持沸腾状态，给实际生产带来较大困难，并且膜结构疏松，耐腐蚀性差。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种铝合金构件的表面处理方法。
具体通过以下方案得以实现：
一种铝合金构件的表面处理方法，包括以下步骤：
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为7-9mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为0.8-1KW，激光的扫描速度为3-7mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.2-0.4Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为1-5mm；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为1-2h，浸泡温度为50-90℃。
所述Al2O3基复合陶瓷涂层，其涂料制备方法：将磷石膏在温度≥150℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为20-25％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为13-17％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比2-5％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为1-3％；最后，加入总料质量百分比0.1-0.5％的粘结剂，在粘结剂加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为50-100nm。
所述SiO2、MnO2、MgO的共混物，是将SiO2、MnO2、MgO混合后，置于温度为500-600℃条件下煅烧1-2h。
所述SiO2、MnO2、MgO的共混物，其中原料质量比为SiO2∶MnO2∶MgO＝(20-30)∶(5-10)∶3。
所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、淀粉、羟丙基甲基纤维素、硬脂酸、水泥中的任意一种。
所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为30-32V，电流100-110A，喷涂距离为150±5mm，雾化气体压力0.6-0.75MPa。
所述镍-铁金属复合涂层，其涂料的制备方法为：将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为20-30g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.1-0.3L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为10-20g/L，静置0.5-1h后，在温度为75-80℃条件下干燥。
所述将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为70-80％。
所述稀土涂料，其稀土化合物用量占总涂料的质量比为12-17％。
所述稀土化合物为镧、钇、铈氧化物按质量比为(3-4)∶1∶1的比例组成。
所述稀土涂料，其涂料的制备方法：将稀土化合物与盐酸按1∶(10-15)的质量比混合均匀后，置于温度为60-100℃条件下加热12-18h，然后冷却至常温，并加入涂料总质量5-9％的助剂混合均匀，再加入氨基树脂混合；所述盐酸浓度为1-6moL/L；所述助剂由丙烯酸树脂和水玻璃按质量比为(1-3)∶1的比例组成。
本发明的有益效果
本发明依次形成Al2O3基复合陶瓷涂层、镍-铁金属复合涂层，提高了铝合金的耐蚀性，也提高了本发明的铝合金的电磁屏蔽能力，进一步采用浸泡法于铝合金基体上形成稀土涂料，提高了铝合金基体的耐高温、耐高压的性能。
本发明通过激光熔覆处理，形成Al2O3基复合陶瓷涂层，改善了铝合金防爆能力；再结合热喷涂技术形成镍-铁金属复合涂层，进而提高了自身综合力学性能；再进一步结合浸泡于稀土涂料中，改善了铝合金表面光泽度；本发明通过合理的工艺设置，使得铝合金被膜包覆，进而防止铝合金被刮伤；再通过合理的工艺参数配置，节约了成本。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
步骤1：Al2O3基复合陶瓷涂层的制备
(1)SiO2、MnO2、MgO的共混物的制备：将SiO2、MnO2、MgO按质量比为20∶8∶3混合均匀后，置于温度为550℃条件下煅烧1h；
(2)将磷石膏在温度为180℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为20％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为16％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比4％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为1％；最后，加入总料质量百分比0.5％的淀粉，在淀粉加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为100nm；
步骤2：镍-铁金属复合涂层的制备
(1)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为80％；
(2)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为25g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.1L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为20g/L，静置0.5h后，在温度为75℃条件下干燥；
步骤3：稀土涂料的制备
将稀土化合物与盐酸按1∶15的质量比混合均匀后，置于温度为100℃条件下加热12h，然后冷却至常温，并加入涂料总质量7％的助剂混合均匀，再加入氨基树脂混合；所述盐酸浓度为3moL/L；所述助剂由丙烯酸树脂和水玻璃按质量比为1∶1的比例组成；
步骤4：构件表面处理
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为8mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为0.8KW，激光的扫描速度为6mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.3Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为1mm；所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为31V，电流110A，喷涂距离为150mm，雾化气体压力0.6MPa；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为1h，浸泡温度为50-90℃。
实施例2
步骤1：Al2O3基复合陶瓷涂层的制备
(1)SiO2、MnO2、MgO的共混物的制备：将SiO2、MnO2、MgO按质量比为24∶10∶3混合均匀后，置于温度为500℃条件下煅烧1.5h；
(2)将磷石膏在温度为150℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为25％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为13％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比2％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为2％；最后，加入总料质量百分比0.3％的羧甲基纤维素钠，在羧甲基纤维素钠加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为60nm；
步骤2：镍-铁金属复合涂层的制备
(1)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为73％；
(2)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为20g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.3L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为10g/L，静置1h后，在温度为80℃条件下干燥；
步骤3：稀土涂料的制备
将稀土化合物与盐酸按1∶10的质量比混合均匀后，置于温度为60℃条件下加热18h，然后冷却至常温，并加入涂料总质量7％的助剂混合均匀，再加入氨基树脂混合；所述盐酸浓度为1moL/L；所述助剂由丙烯酸树脂和水玻璃按质量比为2∶1的比例组成；
步骤4：构件表面处理
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为8mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为0.9KW，激光的扫描速度为7mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.2Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为4mm；所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为32V，电流100A，喷涂距离为145mm，雾化气体压力0.7MPa；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为1.5h，浸泡温度为50-90℃。
实施例3
步骤1：Al2O3基复合陶瓷涂层的制备
(1)SiO2、MnO2、MgO的共混物的制备：将SiO2、MnO2、MgO按质量比为30∶5∶3混合均匀后，置于温度为580℃条件下煅烧1.5h；
(2)将磷石膏在温度为300℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为20％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为17％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比3％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为1％；最后，加入总料质量百分比0.1％的硬脂酸，在硬脂酸加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为50nm；
步骤2：镍-铁金属复合涂层的制备
(1)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为78％；
(2)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为30g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.3L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为12g/L，静置1h后，在温度为78℃条件下干燥；
步骤3：稀土涂料的制备
将稀土化合物与盐酸按1∶12的质量比混合均匀后，置于温度为90℃条件下加热12h，然后冷却至常温，并加入涂料总质量9％的助剂混合均匀，再加入氨基树脂混合；所述盐酸浓度为5moL/L；所述助剂由丙烯酸树脂和水玻璃按质量比为3∶1的比例组成；
步骤4：构件表面处理
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为9mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为0.9KW，激光的扫描速度为3mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.4Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为2mm；所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为30V，电流110A，喷涂距离为145mm，雾化气体压力0.75MPa；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为1.5h，浸泡温度为50-90℃。
实施例4
步骤1：Al2O3基复合陶瓷涂层的制备
(1)SiO2、MnO2、MgO的共混物的制备：将SiO2、MnO2、MgO按质量比为25∶9∶3混合均匀后，置于温度为600℃条件下煅烧1h；
(2)将磷石膏在温度为500℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为25％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为14％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比5％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为2％；最后，加入总料质量百分比0.4％的水泥，在水泥加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为80nm；
步骤2：镍-铁金属复合涂层的制备
(1)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为70％；
(2)将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为30g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.1L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为17g/L，静置0.5h后，在温度为76℃条件下干燥；
步骤3：稀土涂料的制备
将稀土化合物与盐酸按1∶13的质量比混合均匀后，置于温度为70℃条件下加热15h，然后冷却至常温，并加入涂料总质量5％的助剂混合均匀，再加入氨基树脂混合；所述盐酸浓度为6moL/L；所述助剂由丙烯酸树脂和水玻璃按质量比为2∶1的比例组成；
步骤4：构件表面处理
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为7mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为1KW，激光的扫描速度为5mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.4Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为5mm；所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为31V，电流100A，喷涂距离为155mm，雾化气体压力0.65MPa；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为2h，浸泡温度为50-90℃。

Claims (10)

1.一种铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对铝合金构件进行机械抛光后，进行脱脂处理，去除表面油脂；
(2)将脱脂处理后的基材进行激光熔覆处理，形成厚度为7-9mm的Al2O3基复合陶瓷涂层，所述激光功率为0.8-1KW，激光的扫描速度为3-7mm/s，吹惰性气体保护，保护气压为0.2-0.4Mpa；
(3)将激光喷丸处理后的基材进行热喷涂，形成镍-铁金属复合涂层，所述镍-铁金属复合涂层的厚度为1-5mm；
(4)将热喷涂后的基材置于稀土涂料中浸泡，所述浸泡时间为1-2h，浸泡温度为50-90℃。
2.如权利要求1所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述Al2O3基复合陶瓷涂层，其涂料制备方法：将磷石膏在温度≥150℃条件下煅烧至恒重；向磷石膏中加入Al2O3，所述Al2O3用量占总料质量百分比为20-25％；然后再加入SiO2、MnO2、MgO的共混物，所述的SiO2、MnO2、MgO的共混物用量占总料质量百分比为13-17％；再加入Al粉、Si粉，所述Al粉用量占总料质量百分比2-5％，所述Si粉用量占总料的质量百分比为1-3％；最后，加入总料质量百分比0.1-0.5％的粘结剂，在粘结剂加入完毕后，将上述步骤所得物料送入粉磨机内研磨至颗粒粒度为50-100nm。
3.如权利要求2所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述SiO2、MnO2、MgO的共混物，是将SiO2、MnO2、MgO混合后，置于温度为500-600℃条件下煅烧1-2h。
4.如权利要求2或3所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述SiO2、MnO2、MgO的共混物，其中原料质量比为SiO2∶MnO2∶MgO＝(20-30)∶(5-10)∶3。
5.如权利要求2所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、淀粉、羟丙基甲基纤维素、硬脂酸、水泥中的任意一种。
6.如权利要求1所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述热喷涂为电弧喷涂，所述电弧喷涂的电压为30-32V，电流100-110A，喷涂距离为150±5mm，雾化气体压力0.6-0.75MPa。
7.如权利要求1所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述镍-铁金属复合涂层，其涂料的制备方法为：将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，边搅拌边加入硫酸镍，所述硫酸镍加入量为20-30g/L，再加入环氧树脂并搅拌10min，所述环氧树脂加入量为0.1-0.3L/L，再加入铁粉进行搅拌，所述铁粉加入量为10-20g/L，静置0.5-1h后，在温度为75-80℃条件下干燥。
8.如权利要求7所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述将木质素磺酸盐或碱木质素溶于去离子水中，其所得的木质素磺酸盐或碱木质素溶液中水分含量为70-80％。
9.如权利要求1所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述稀土涂料，其稀土化合物用量占总涂料的质量比为12-17％。
10.如权利要求9所述的铝合金构件的表面处理方法，其特征在于，所述稀土化合物为镧、钇、铈氧化物按质量比为(3-4)∶1∶1的比例组成。
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