CN1126123A - 铝及其合金表面强化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高金属表层的强度、硬度和耐磨性能的铝及其合金表面强化的方法。本法选用三氧化二铝或碳化硅或氮化硅或硅酸铝纤维或人造金刚石或氮化硼或石墨或二硫化钼或者它们的混合物作强化相，并制成作强化骨架用的强化阵，将熔化的铝或铝合金液倒入已预热过的带强化阵的模具中加压，液体铝或铝合金渗入强化阵，冷却凝固后取出带有强化层的工件。本法能获得大于2mm的高耐磨强化层，能有效地扩大铝及其合金的应用范围和极大地提高工件的使用寿命。

Description

铝及其合金表面强化方法

本发明涉及金属材料学科，特别是提高金属表面的强度、硬度和耐磨性能的铝及其合金表面强化方法。

目前，涉及铝及其合金表面强化的方法有四种。

(1)等离子喷涂法：

用等离子喷涂设备，在被加工表面喷涂耐磨合金或陶瓷。

应用此法，可按要求制得较厚的涂层，涂层性能只与喷涂材料有关，而与基体材料无关。但是涂层与基体之间结合差。

(2)离子镀膜法：

用离子镀膜机，在被加工表面沉积一层Tic或TiN。

应用此法，依靠Tic或TiN的硬度高、耐磨性好，获得良好的表面涂层性能，但是该法难以得到较厚的强化层。

(3)离子氮化法：

在离子氮化炉中，铝及其合金工件为阴极，外加辅助阳极，阴阳极间进行辉光放电，先用惰性气体Ar离子轰击工件表面，以清除表面AL₂O₃膜，后改用N离子轰击表面，使工件表面形成ALN硬化相，以达到强化效果。

本法是八十年代中期开始试验成功的方法，由于阴阳极间产生弧光放电时工件易熔化，因此该工艺尚在探索中，技术难度极大，操作困难。

(4)离子注入法：

在离子注入机中，将氮离子强行注入铝及其合金工件表面，使氮溶入固溶体成为含氮固溶体，而形成ALN硬质相，达到强化效果。

本法存在的不足之处是：它的注入层一般只能有几个微米，很难得到较厚的强化层，要获得较厚的强化层，不仅需要高能量，而且需要很长时间。

本发明的目的在于克服背景技术存在的不足之处，提供一种能使铝或铝合金制件表面获得较厚(＞2mm)的高耐磨强化层，而且铝及其合金基体与其表面强化层两者之间结合紧密，工艺简单、操作方便的铝及其合金表面强化方法。采用本法制备的工件，耐磨性能好，使用寿命长。

本发明的目的是通过如下措施来达到的：

(1)选择三氧化二铝(AL₂O₃)或碳化硅(Sic)或氮化硅(Si₃N₄)或硅酸铝纤维或人造金刚石或氮化硼或石墨或二硫化钼(MoS₂)或者它们之间任意组合且按任意比例的混合物作强化相，并将强化相置于模具中，制成作强化骨架用的强化阵，强化阵的厚度按工件要求而定；

(2)将模具连同强化阵置于加热炉中预热至700℃～750℃；

(3)在压力机工作台上，将熔化的铝或铝合金液倒入带有强化阵的模具中，并施加约100Mpa的压力；

(4)冷却凝固后将制件从模具中取出，其表面为铝或铝合金和强化相混合组织所组成厚度为强化阵厚度的强化层，内部为铝或铝合金。

在铝及其合金表面人为加入由强化相制成的强化阵，液体铝或液体铝合金在压力作用下，强行渗入强化阵内部，冷却凝固后从模具中取出的工件表面为铝或铝合金和强化相混合组织所组成的强化层，内部为铝或铝合金。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、采用本发明能使铝或铝合金制件表面获得大于2mm的高耐磨强化层，该强化层与铝及其合金基体结合紧密，强化效果极好。图2是根据实验测定所制作的纯铝及ZL₁₀₁合金表面强化层与基体磨痕宽度的对比图。图2中1表示工业纯铝的磨损曲线；2表示工业纯铝加30％硅酸铝纤维作强化相的表面强化层后的磨损曲线；3表示ZL₁₀₁合金的磨损曲线； 4表示为ZL₁₀₁合金加30％硅酸铝纤维作强化相的表面强化层后的磨损曲线；

根据实验测定，纯铝的磨损率W_*1＝4.110mm³.Km^-1，而用φ3～6μm×10～20μm硅酸铝纤维作强化相制成的强化阵表面强化层，磨损率W_*2＝0.0345mm³.Km^-1，W_*1/W_*2＝119.4即强化后表面耐磨性能为未强化前的119.4倍。 ZL₁₀₁合金的磨损率W_*3＝3.7060mm³.Km^-1，而用φ3～6μm×10～30μm硅酸铝纤维作强化相制成的强化阵表面强化层，磨损率W_*4＝0.0146mm³.Km^-1，W_*3/W_*4＝253.7，即强化后表面耐磨性能为未强化前的253.7倍。

2、本法可用于铝合金活塞、气缸等铝合金制件的表面强化及制造各种轴承、轴瓦，经本法处理过的工件大大提高其使用寿命。

3、采用本法提高铝及其合金表面强度、硬度及性能后的工件可替代铜及其合金轴承、轴瓦；从而取得经济效益。

图1为铝及其合金表面强化过程示意图；

图2为纯铝及ZL₁₀₁合金表面强化层与基体磨痕宽度的对比图。

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

实施例：

铝及其合金表面强化的步骤：

1、选择三氧化二铝或碳化硅或氮化硅或硅酸铝纤维或人造金刚石或氮化硼或石墨或二硫化钼或它们之间的任意组合且按任意比例的混合物作为强化相；例如：实施例1                       实施例2                 实施例3AL₂O₃或Sic或Si₃N₄   90％AL₂O₃加10％MoS₂     80％AL₂O₃、硅酸铝纤维                                           10％MoS₂再加10％石墨实施例4                       实施例580％的硅酸铝加           70％的硅酸铝加20％AL₂O₃             20％AL₂O₃再加10％MoS₂

2、将粒度尺寸为4～6μm的上述配比的强化相制成厚度可为2～5mm的强化阵；

3、将强化阵置于钢模中，并于750℃的炉中预热30分钟(按炉温仪表到温计算)；

4、如图1所示，首先将带有强化阵5的预热后钢模3放置在压力机工作台7上，然后将熔化温度为700℃的铝或者铝合金液4注入钢模中，再将压头2置于钢模3中，开动油压机，通过油压机活塞1施压至压头压下5～8mm，在施压过程中，液态合金渗入强化阵内部，形成强化层，6为F垫块

5、制件温度冷至550℃左右时，卸载且取下钢模置于水中冷却；

6、从模中取出强化层厚度为约2～5mm的制件。

Claims (1)

1、一种铝及其合金表面强化的方法，其特征在于：

(1)选择三氧化二铝或碳化硅或氮化硅或硅酸铝纤维或人造金刚石或氮化硼或石墨或二硫化钼或者它们之间任意组合且按任意比例的混合物作强化相，并将强化相置于模具中，制成作强化骨架用的强化阵，强化阵的厚度按工件要求而定；

(2)将模具连同强化阵置于加热炉中预热至700℃～750℃；

(3)在压力机工作台上，将熔化的铝或铝合金液倒入带有强化阵的模具中，并施加约100Mpa的压力；

(4)冷却凝固后将制件从模具中取出，其表面为铝或铝合金和强化相混合组织所组成厚度为强化阵厚度的强化层。

Images