CN108277371A - 一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法 - Google Patents

一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法，本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；本发明对铝硅铜合金材料表面进行PVA／SiO2复合溶胶表面改性处理，使得钨镍材料的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。

Description

一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法
所属技术领域
本发明涉及铝合金制造领域，具体涉及一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法。
背景技术
合金材料由于在材料中存在多种金属元素，因此可以具有不同金属元素的特性，具备了不同金属元素的特性后，扩大了合金材料的性能和使用范围。铜铝合金合金的使用范围很广，可以用于轻工、重工、电子行业等。例如被用来制作弹簧、电子设备的金属部分、五金器材、医疗设备等
Al-Si-Cu系铝合金锭是一种具有良好综合性能的压铸铝合金，现如今被于汽车零部件行业广泛应用。目前许多生产汽车零部件的用户在对于Al-Si-Cu系铝合金锭的各种性能要求越来越严苛，由于铝锭针孔度问题，从而导致的产品零件疏松、开裂，不良率较大。
二氧化硅凝胶具有绝热性能好、纳米结构可控、耐腐蚀性能好、生物相容性优异等特点，但SiO2凝胶若直接涂覆于合金表面则存在粘结强度低的问题，因此需要引入成膜剂进行改性。聚乙烯醇是一种无毒、透明的多羟基高聚物，在作为一种有机偶联剂时与SiO2溶胶具有良好的结合效果。一方面，可使SiO2溶胶粘度升高且与基材的结合性能良好，从而有效提高涂层的结合强度；另一方面，PVA溶剂还可以有效填充SiO2溶胶在形成凝胶过程中形成的孔洞间隙，提高涂层的致密度、耐磨性、硬度等性能。
发明内容
本发明提供一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法，本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；本发明对铝硅铜合金材料表面进行PVA／SiO2复合溶胶表面改性处理，使得钨镍材料的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备铝铜合金基材
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3-5小时，熔化终止温度控制为850±10℃；
用铁锹在合金液表面撒上15-20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5-10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液；
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6kg/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材；
（2）将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％-35％，余量为上述铝铜合金基材；
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材；
（3）基材预处理
所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗；
（4）先将8-10重量份聚乙烯醇搅拌均匀并缓缓加入20℃的90-100重量份的纯净水中，浸泡15-18h后再将聚乙烯醇溶剂缓慢升温到80-90℃并搅拌加速溶解，得到均匀、无色透明的聚乙烯醇溶剂；
向聚乙烯醇溶剂中依次加入3-5重量份偏硅酸乙酯，并滴加少量盐酸和乙二醇 ，最后在恒温磁力搅拌器中35-45℃恒温搅拌2-4h，静置3-5h后得到聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体；
（5）将经过预处理后的基材全部浸入聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体并浸泡15-20s，再用垂直提拉机分别以3-6mm／min的速率提拉基材至液面之上，室温空气中干燥25-30min，然后在干燥箱中干燥40 min，重复浸涂、干燥4-6次；
在惰性气体保护下进行不同温度的烧结处理，以5-10℃／min的升温速率升到680-700℃，烧结30-50min后冷却，得到产品。
本发明具备以下优点：
（1）本发明通过调整工艺以及参数解提升了合金的针孔度；
（2）本发明对铝硅铜合金材料表面进行PVA／SiO2复合溶胶表面改性处理，使得钨镍材料的表面均匀致密、膜基结合强度高、力学性能优良。
具体实施方式
实施例一
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3小时，熔化终止温度控制为850±10℃。
用铁锹在合金液表面撒上15KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液。
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6KG/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材。
将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％，余量为上述铝铜合金基材。
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；具体为将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至900℃，充 分搅拌，用熔剂(30％Nacl+47％Kcl+23％冰晶石)进行覆盖造渣，并用六氯乙烷除气；用导流管将金属熔液注入喷射沉积装置中，采用高压氮气直接将金属液滴雾化沉积在基体上，制备成一定尺寸的锭坯。其中，气体压强为0.8MPa，喷嘴直径为2.8mm，喷嘴距基体距离为200mm； 将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材。
基材预处理，所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗。所述研磨抛光，可将基材先在600目的金刚石砂轮盘上进行粗磨10min，然后在1200目的金刚石砂轮盘上进行细磨10min，再用W2.5的金刚石抛光粉进行抛光至试样表面均匀光亮，所述超声清洗，可将研磨抛光后的基材按以下顺序清洗，丙酮超声清洗5min→无水乙醇超声清洗5min→烘干待用，所述离子源清洗，可采用霍尔离子源对基材进行清洗5min，压强为2×10-2Pa，基材温度为300℃，氩气通量为10sccm，偏压为-100V，阴极电流为29.5A，阴极电压为19V，阳极电流为7A，阳极电压为80V，以清除基材表面的吸附气体以及杂质，提高沉积涂层与基材的结合强度以及成膜质量。
先将8重量份聚乙烯醇搅拌均匀并缓缓加入20℃的90重量份的纯净水中，浸泡15h后再将聚乙烯醇溶剂缓慢升温到80℃并搅拌加速溶解，得到均匀、无色透明的聚乙烯醇溶剂；向聚乙烯醇溶剂中依次加入3重量份偏硅酸乙酯，并滴加少量盐酸和乙二醇 ，最后在恒温磁力搅拌器中35℃恒温搅拌2h，静置3h后得到聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体。
将经过预处理后的基材全部浸入聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体并浸泡15s，再用垂直提拉机分别以3mm／min的速率提拉基材至液面之上，室温空气中干燥25min，然后在干燥箱中干燥40 min，重复浸涂、干燥4次；在惰性气体保护下进行不同温度的烧结处理，以5℃／min的升温速率升到680-700℃，烧结30min后冷却，得到产品。
实施例二
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为5小时，熔化终止温度控制为850±10℃。
用铁锹在合金液表面撒上20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液。
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6KG/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材。
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；具体为将上述配料在中频感应炉内熔炼，升温至1250℃，充 分搅拌，用熔剂(30％Nacl+47％Kcl+23％冰晶石)进行覆盖造渣，并用六氯乙烷除气；用导流管将金属熔液注入喷射沉积装置中，采用高压氮气直接将金属液滴雾化沉积在基体上，制备成一定尺寸的锭坯。其中，气体压强为1.0MPa，喷嘴直径为3.5mm，喷嘴距基体距离为300mm； 将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材。
基材预处理，所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗。所述研磨抛光，可将基材先在600目的金刚石砂轮盘上进行粗磨10min，然后在1200目的金刚石砂轮盘上进行细磨10min，再用W2.5的金刚石抛光粉进行抛光至试样表面均匀光亮，所述超声清洗，可将研磨抛光后的基材按以下顺序清洗，丙酮超声清洗5min→无水乙醇超声清洗5min→烘干待用，所述离子源清洗，可采用霍尔离子源对基材进行清洗5min，压强为2×10-2Pa，基材温度为300℃，氩气通量为10sccm，偏压为-100V，阴极电流为29.5A，阴极电压为19V，阳极电流为7A，阳极电压为80V，以清除基材表面的吸附气体以及杂质，提高沉积涂层与基材的结合强度以及成膜质量。
先将10重量份聚乙烯醇搅拌均匀并缓缓加入20℃的100重量份的纯净水中，浸泡18h后再将聚乙烯醇溶剂缓慢升温到90℃并搅拌加速溶解，得到均匀、无色透明的聚乙烯醇溶剂；向聚乙烯醇溶剂中依次加入5重量份偏硅酸乙酯，并滴加少量盐酸和乙二醇 ，最后在恒温磁力搅拌器中45℃恒温搅拌4h，静置5h后得到聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体。
将经过预处理后的基材全部浸入聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体并浸泡20s，再用垂直提拉机分别以6mm／min的速率提拉基材至液面之上，室温空气中干燥30min，然后在干燥箱中干燥40 min，重复浸涂、干燥6次；在惰性气体保护下进行不同温度的烧结处理，以10℃／min的升温速率升到700℃，烧结50min后冷却，得到产品。

Claims (1)

1. 一种具备涂层的铝硅铜合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）制备铝铜合金基材
将质量百分比80%的熟铝及质量百分比20%纯铜投入熔炉中，进行助熔，总熔化时长为3-5小时，熔化终止温度控制为850±10℃；
用铁锹在合金液表面撒上15-20KG清渣剂，用铁扒轻轻敲打液面5-10分钟后扒渣，并将铝渣清出炉口，不能用铁扒搅动合金液；
第一次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1.6kg/吨；第二次精炼：合金液温度控制为820±10℃；精炼时间控制在20分钟；扒渣时间≧15分钟；精炼剂数量控制为1KG/吨；精炼后铸锭，得到铝铜合金基材；
（2）将材料按比例配料，其中配料比例为硅的质量百分比为21％-35％，余量为上述铝铜合金基材；
将上述配料熔炼、搅拌，喷射沉积得到锭坯；将锭坯进行致密化加工，即得到致密度大于99％的铝铋硅合金基材；
（3）基材预处理
所述基材预处理，可依次进行研磨抛光、超声清洗和离子源清洗；
（4）先将8-10重量份聚乙烯醇搅拌均匀并缓缓加入20℃的90-100重量份的纯净水中，浸泡15-18h后再将聚乙烯醇溶剂缓慢升温到80-90℃并搅拌加速溶解，得到均匀、无色透明的聚乙烯醇溶剂；
向聚乙烯醇溶剂中依次加入3-5重量份偏硅酸乙酯，并滴加少量盐酸和乙二醇 ，最后在恒温磁力搅拌器中35-45℃恒温搅拌2-4h，静置3-5h后得到聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体；
（5）将经过预处理后的基材全部浸入聚乙烯醇／SiO2均匀溶胶体并浸泡15-20s，再用垂直提拉机分别以3-6mm／min的速率提拉基材至液面之上，室温空气中干燥25-30min，然后在干燥箱中干燥40 min，重复浸涂、干燥4-6次；
在惰性气体保护下进行不同温度的烧结处理，以5-10℃／min的升温速率升到680-700℃，烧结30-50min后冷却，得到产品。
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