CN112323059A - 一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：对铝合金基体金属表面进行清洗，去除油污、氧化层，并在铝合金基体金属表面形成规则分布的纳米级犁沟形三维微观结构，表面涂覆，超声滚压表面强化，采用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理，温塑性强化；该一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，在惰性气体保护装置中，采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池，使得铝合金基体表面强化涂层形成性能稳定的涂层，耐腐蚀性与强度大大提高，同时该制备方法还包括对表面强化涂层的残余应力调控，使得铝合金基体与其表面强化涂层贴合度达到最佳标准，加工工艺简单，具有实用性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金基体表面强化涂层领域，具体为一种铝合金基 体表面强化涂层的制备方法。
背景技术
发动机曲轴箱、气缸盖、活塞等关键件均由铝合金制成，铝合金 材料价格低廉，比强度高，耐蚀性好，因此已被广泛应用于车辆工程， 飞机制造等领域。目前国内外大部分轿车发动机缸体、缸盖已基本采 用高强度铝合金生产，因为汽车的重量每降低1％，其耗油量即可降 低0.6％～1％。为降低燃料消耗，同时减少汽车尾气排放对大气环境 的污染，减轻汽车自重是一个重要的措施，因此汽车铸件不断被轻质 铝铸件取代已成为发展趋势。但铝合金熔点和高温强度都较低，这给 铝合金在高温结构领域的应用带来极大限制。在铝合金基体表面制备 强化涂层，可使其表面硬度明显提高，从而达到再制造的要求，但是 目前铝合金基体表面强化涂层的力学性能仍然有待提高。
发明内容
为了提高铝合金基体表面强化涂层的性能，因此发明一种铝合金 基体表面强化涂层的制备方法。
一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、对铝合金基体金属表面进行清洗，去除油污、氧化层， 并在铝合金基体金属表面形成规则分布的纳米级犁沟形三维微观结 构，表面涂覆，超声滚压表面强化，采用超声滚压加工工艺对涂覆表 面进行机械强化处理，温塑性强化，超声滚压表面强化后的工件，在 特定温度下保温一定时间，使材料表层和亚表层金属材料晶体发生的 位错固定，完成塑性强化；
步骤二、将镍基材料和碳化钛粉末均匀混合作为涂层材料；
步骤三、在惰性气体保护装置中，采用激光束对铝合金基体金属 表面形成熔池；
步骤四、将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合， 利用镍与铝之间化学放热反应，反应后形成碳化钛增强铝基复合涂层。
优选的，超声滚压加工工艺包括以下步骤：
S1：将所述的适应于复杂表面的超声滚压加工装置夹持于机床， 并将工具头置于轻触工件的待处理表面的位置；
S2：调节液压组件使其输出200-1800N的静压力；
S3：调节超声组件使变幅杆的邻近工具头的输出端轴向振幅为 7-28μm；同时设定机床的运动轨迹进行超声滚压加工。
优选的，强化涂层的制备方法还包括步骤五：对需要喷涂的基材 表面进行清洁工作，配置喷砂砂料，利用喷砂设备向步骤S1中清洁 后的表面进行喷砂处理，使被加工表面的粗糙度达到6<Ra<12，利用 吹扫喷枪对喷砂后的表面进行清扫处理。
优选的，喷砂设备由结构系统、介质动力系统、管路系统、除尘 系统、控制系统和辅助系统构成。
优选的，镍基材料中镍元素重量含量在75-85％。
优选的，该制备方法还包括对表面强化涂层的残余应力调控，该 调控方法以下步骤：
S1：建立铝合金基体表面强化涂层高速旋转过程数值仿真模型；
S2：确定铝合金基体表面强化涂层达到预期的应力调控效果所需 的目标转速和塑性变形量；
S3：将铝合金基体表面强化涂层通过低应力弹性装卡装置安装在 高速旋转平台上；
S4：安装旋转平台防护装置，启动旋转平台，使铝合金基体表面 强化涂层在低速下旋转，并利用旋转平台的动平衡调整装置调节旋转 系统中心，使旋转系统达到动平衡状态；
S5：逐渐降低转速，直至停止，并卸除装卡；
S6：测试铝合金基体表面强化涂层表面残余应力，确定应力消除 效果。
本发明提供的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法。具备以 下有益效果：该一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，在惰性气 体保护装置中，采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池，使得铝 合金基体表面强化涂层形成性能稳定的涂层，耐腐蚀性与强度大大提 高，同时该制备方法还包括对表面强化涂层的残余应力调控，使得铝 合金基体与其表面强化涂层贴合度达到最佳标准，加工工艺简单，具 有实用性。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述 的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
在制备铝合金基体表面强化涂层时，首先对铝合金基体金属表面 进行清洗，去除油污、氧化层，并在铝合金基体金属表面形成规则分 布的纳米级犁沟形三维微观结构，表面涂覆，超声滚压表面强化，采 用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理，温塑性强化，超 声滚压表面强化后的工件，在特定温度下保温一定时间，使材料表层 和亚表层金属材料晶体发生的位错固定，完成塑性强化；将镍基材料 和碳化钛粉末均匀混合作为涂层材料；在惰性气体保护装置中，采用 激光束对铝合金基体金属表面形成熔池；将涂层材料送入熔池而形成 与铝合金基体金属冶金结合，利用镍与铝之间化学放热反应，反应后形成碳化钛增强铝基复合涂层。
实施例2
超声滚压加工时，首先将所述的适应于复杂表面的超声滚压加工 装置夹持于机床，并将工具头置于轻触工件的待处理表面的位置；然 后调节液压组件使其输出200-1800N的静压力；嘴周调节超声组件使 变幅杆的邻近工具头的输出端轴向振幅为7-28μm；同时设定机床的 运动轨迹进行超声滚压加工，为了提高响应速度，优化系统性能，不 需要对预压深度、背压力和输入电流这三个控制量中的每一个量都进 行计算和调节，可以根据系统当前的情况仅
对这三个控制量中任意一个或两个进行计算和调节，检测实时预 压深度、实时背压力和实时输入电流中的至少一个。所检测得到的实 时值将在下一步骤中同期望残余压应力和实时滚压力一起作为计算 其他控制量的依据，基于期望残余压应力、实时滚压力、及在步骤 56中检测得到的实时预压深度、实时背压力和实时输入电流中的至 少一个，调节预压深度、背压力和输入电流中的至少一个。在这一步 骤中，将预压深度、背压力和输入电流这三个控制量中任意一个或两 个的实时值同期望残余压应力和实时滚压力一起作为计算依据，以计 算出这三个控制量中的其他两个或一个的期望值，然后根据计算出的 期望值调节相应的控制量。例如：基于期望残余压应力、实时滚压力 和实时输入电流，计算期望预压深度和期望背压力，然后根据期望预 压深度和期望背压力调节预压深度和背压力，例如：将预压深度和背 压力分别调节至大致符合期望预压深度和期望背压力。
实施例3
对铝合金基体表面强化涂层的残余应力调控时，首先建立铝合金 基体表面强化涂层高速旋转过程数值仿真模型；然后确定铝合金基体 表面强化涂层达到预期的应力调控效果所需的目标转速和塑性变形 量；将铝合金基体表面强化涂层通过低应力弹性装卡装置安装在高速 旋转平台上；安装旋转平台防护装置，启动旋转平台，使铝合金基体 表面强化涂层在低速下旋转，并利用旋转平台的动平衡调整装置调节 旋转系统中心，使旋转系统达到动平衡状态；逐渐降低转速，直至停 止，并卸除装卡，测试铝合金基体表面强化涂层表面残余应力，确定 应力消除效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不 用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发 明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、对铝合金基体金属表面进行清洗，去除油污、氧化层，并在铝合金基体金属表面形成规则分布的纳米级犁沟形三维微观结构，表面涂覆，超声滚压表面强化，采用超声滚压加工工艺对涂覆表面进行机械强化处理，温塑性强化，超声滚压表面强化后的工件，在特定温度下保温一定时间，使材料表层和亚表层金属材料晶体发生的位错固定，完成塑性强化；
步骤二、将镍基材料和碳化钛粉末均匀混合作为涂层材料；
步骤三、在惰性气体保护装置中，采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池；
步骤四、将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合，利用镍与铝之间化学放热反应，反应后形成碳化钛增强铝基复合涂层。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：所述超声滚压加工工艺包括以下步骤：
S1：将所述的适应于复杂表面的超声滚压加工装置夹持于机床，并将工具头置于轻触工件的待处理表面的位置；
S2：调节液压组件使其输出200-1800N的静压力；
S3：调节超声组件使变幅杆的邻近工具头的输出端轴向振幅为7-28μm；同时设定机床的运动轨迹进行超声滚压加工。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：强化涂层的制备方法还包括步骤五：对需要喷涂的基材表面进行清洁工作，配置喷砂砂料，利用喷砂设备向步骤S1中清洁后的表面进行喷砂处理，使被加工表面的粗糙度达到8<Ra<13，利用吹扫喷枪对喷砂后的表面进行清扫处理。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：喷砂设备由结构系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助系统构成。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：镍基材料中镍元素重量含量在75-85％。
6.根据权利要求1所述的一种铝合金基体表面强化涂层的制备方法，其特征在于：该制备方法还包括对表面强化涂层的残余应力调控，该调控方法以下步骤：
S1：建立铝合金基体表面强化涂层高速旋转过程数值仿真模型；
S2：确定铝合金基体表面强化涂层达到预期的应力调控效果所需的目标转速和塑性变形量；
S3：将铝合金基体表面强化涂层通过低应力弹性装卡装置安装在高速旋转平台上；
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210205 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |