CN114836746B - 一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于汽车轮毂技术领域，具体涉及一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，包括如下步骤：采用复合电沉积工艺，汽车轮毂为阴极，镍为阳极，在铝合金汽车轮毂表面喷涂与AlxFeNiSiTi高熵合金粉末、SiC粉末混合粉末，喷涂粉末为三层：AlxFeNiSiTi高熵合金粉末、AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.％SiC、AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC。当轮毂表面喷涂粉末后，通过复合电沉积，Ni离子进入粉末间隙并被还原沉积填充颗粒间隙，连接铝合金轮毂表面并连接预铺粉末颗粒，形成与铝合金轮毂表面结合良好的复合沉积层。每沉积一层，将轮毂表面覆盖不锈钢微球，通过超声振动不锈钢球高频撞击沉积表面，消除沉积层孔隙，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；如此逐层沉积，在铝合金轮毂表面形成梯度涂层。
Description
技术领域
本发明属于汽车轮毂技术领域，具体涉及一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺。
背景技术
随着汽车行业的飞速发展，铝合金轮毂已经逐步代替钢制轮毂进入市场。铝合金轮毂在当前汽车行业有着十分重要的应用前景和价值，具有强度高、密度小、散热性好等特点。但铝合金轮毂的耐磨性相对较差且抗冲击性能较低，因此不管是在加工生产还是在实际使用中，铝合金轮毂表面都不可避免的出现各种缺陷。针对其耐磨性和抗冲击性进行表面处理对于提高铝合金轮毂性能和寿命都十分重要。
目前，汽车轮毂表面强化的主要方法是轮毂表面添加涂层。中国专利申请CN103320791A公开了一种铝合金轮毂的电镀方法。首先对铝合金轮毂进行预处理；然后将铝合金轮毂浸入磷酸中进行表面活化；接着采用静电喷涂的方法在铝合金轮毂表面喷涂一层环氧聚酯粉末；随后进行两次镀镍；最后再进行真空镀铬。该方法但是电镀工艺复杂，且电镀后产生的废液对环境污染较大，不符合国家提倡的节能环保的政策。因此在传统的电镀工艺中制备铬金属涂层产生的污染较为严重。
中国专利申请CN105525266A则公开了一种铝合金轮毂真空镀膜工艺。该工艺包括：首先对铝合金轮毂进行预处理；然后采用静电喷涂法对铝合金轮毂喷涂环氧树脂；接着采用真空镀膜法对铝合金轮毂镀膜，镀材为包括铝、铁、镍以及铬的合金镀材；最后对铝合金轮毂喷涂罩光清漆。该工艺中通过预处理、静电喷涂、真空镀膜和喷涂罩光清漆四个主要工序提高铝合金轮毂与镀层之间的结合强度，主要增强铝合金轮毂的防腐蚀性能，而且真空镀膜法的成本较高。
中国专利申请CN105525266A则公开了一种制备高硬度耐腐蚀轮毂涂层的工艺方法。该工艺包括：制备AlxFeNiSiTi高熵合金粉末；将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末与不锈钢喷丸按照比例进行混合，混合均匀后将其加热至预定温度；使用惰性气体将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末与不锈钢喷丸喷射至轮毂表面，随着喷头的移动将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末均匀地附着在轮毂表面形成涂层。该工艺主要将综合性能好的AlxFeNiSiTi高熵合金应用于铝合金轮毂涂层，能够有效提高轮毂表面的硬度和耐腐蚀性，但是该涂层致密度不高，通过不锈钢喷丸喷射形成的涂层存在气孔缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术中存在的至少一个上述问题，提供一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，包括如下步骤：
1)配制梯度涂层所需三种材料：AlxFeNiSiTi高熵合金粉末、AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.％SiC混合粉末和AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末；
2)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；
3)采用复合电沉积工艺，轮毂为阴极，镍为阳极，通过复合电沉积，Ni离子进入粉末间隙并被还原沉积填充颗粒间隙，形成与铝合金轮毂表面结合良好的复合沉积层；
4)轮毂表面覆盖不锈钢微球，通过超声振动不锈钢球高频撞击沉积表面，消除沉积层孔隙，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
5)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.％SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3)和步骤4)，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
6)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3)和步骤4)，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，AlxFeNiSiTi高熵合金粉末中x的范围为0.2～1.0。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，AlxFeNiSiTi高熵合金粉末颗粒的直径为300～1000目。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，SiC其颗粒直径为300～1500目。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，梯度涂层混合材料中SiC体积分数1～10vol.％。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，梯度涂层中每种材料涂层的厚度为20～50μm。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，冷喷涂技术中冷喷涂系统工作气体为氮气，气压为1.0～1.4MPa，喷涂温度为300℃，喷涂距离为10～15mm，移动速度为10mm/s。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，复合电沉积工艺中复合电沉积镀液成分为：硫酸镍280g/L，氯化镍50g/L，硼酸40g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，丁炔二醇0.5g/L，邻苯甲酰磺酰亚胺1.0g/L；
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，复合电沉积镀液温度控制在40～50℃，pH值控制在3.8～4.2，电流密度为1.5～3.0A/dm2。
进一步地，如上所述汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺中，不锈钢微球的直径为2～10mm；超声振动中超声频率为20～40kHz，超声功率为300～500W。
本发明的有益效果是：
1、本发明使用AlxFeNiSiTi高熵合金和SiC陶瓷颗粒作为涂层材料，两种材料本身具有高硬度、耐腐蚀和耐磨的优点，同时AlxFeNiSiTi高熵合金能够弥补陶瓷颗粒与铝基体的界面润湿性差的缺点，使耐磨度高的SiC能够与铝合金轮毂有更好的结合度。
2、本发明由于高熵合金具有鸡尾酒效应的特点，AlxFeNiSiTi高熵合金作为涂层主材料时可通过改变其中Al元素的占比，实现涂层性能的优化以适应不同的应用环境，同时保证AlxFeNiSiTi高熵合金硬度稳定在900～1000HV之内。
3、本发明采用冷喷涂预制涂层能够极大提高涂层材料的粘附力，而且未喷涂上的粉末材料可以收集后再次喷涂，实现材料不浪费，成本降低的优势。
4、本发明复合电沉积后的轮毂表面覆盖不锈钢微球并使用超声振动，以次提高梯形涂层的致密程度，减少涂层内气孔等缺陷。
5、本发明涂层制备方法对轮毂的表面质量要求不高，而且该工艺能够有效修复轮毂在加工过程中产生的一些表面缺陷。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的冷喷涂工艺预制涂层的原理图；
图2为根据本发明实施例的复合电沉积制备单一涂层的原理图；
图3为根据本发明实施例的单一涂层电沉积后超声振动的原理图；
图4为根据本发明实施例的汽车轮毂表面梯度涂层剖面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，包括如下步骤：
1)配制梯度涂层所需三种材料：AlxFeNiSiTi高熵合金粉末、AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.％SiC混合粉末和AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末；AlxFeNiSiTi高熵合金粉末中x的范围为0.2～1.0，AlxFeNiSiTi高熵合金粉末颗粒的直径为300～1000目，SiC其颗粒直径为300～1500目；梯度涂层混合材料中SiC体积分数1～10vol.％，梯度涂层中每种材料涂层的厚度为20～50μm；
2)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；
3)采用复合电沉积工艺，轮毂为阴极，镍为阳极，通过复合电沉积，Ni离子进入粉末间隙并被还原沉积填充颗粒间隙，形成与铝合金轮毂表面结合良好的复合沉积层；
4)轮毂表面覆盖不锈钢微球，通过超声振动不锈钢球高频撞击沉积表面，消除沉积层孔隙，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
5)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.％SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3)和步骤4)，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
6)采用冷喷涂技术，将AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3)和步骤4)，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合。
本发明的具体实施例如下：
实施例1
一种制备高硬度耐腐蚀轮毂涂层的工艺方法，包括如下步骤：
1)在真空氛围下，配置三种涂层材料：AlxFeNiSiTi高熵合金粉末；AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末；AlxFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.％SiC混合粉末(分别记为材料-1/2/3)。
2)如图1所示，通过冷喷涂技术，将材料-1均匀喷涂在铝合金轮毂表面，冷喷涂系统工作气体为氮气，气压为1.2MPa，喷涂温度为300℃，喷涂距离为12mm，移动速度为10mm/s。喷涂后得到厚度为30μm涂层，该涂层疏松，孔隙较多。
3)如图2所示，采用复合电沉积工艺，喷涂有材料-1的轮毂为阴极，镍板为阳极。复合电沉积镀液成分为：硫酸镍280g/L，氯化镍50g/L，硼酸40g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，丁炔二醇0.5g/L，邻苯甲酰磺酰亚胺1.0g/L。镀液温度控制在50℃，pH值控制在3.8～4.2的范围内，电流密度为2.0A/dm2。通过复合电沉积，Ni离子进入粉末间隙并被还原沉积填充颗粒间隙，形成Ni-AlxFeNiSiTi复合沉积层，该沉积层与铝合金轮毂表面结合良好。
4)如图3所示，轮毂置于装满不锈钢微球的容器中，其中微球直径为2～10mm。贴近轮毂表面覆满2mm微球，微球周围放置直径较大的钢球。利用超声振动不锈钢球高频撞击沉积表面，超声频率为20kHz，超声功率为300W。通过此方法消除沉积层孔隙，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合。
5)通过冷喷涂技术，将材料-2均匀喷涂在铝合金轮毂表面冷喷涂技术，喷涂工艺与步骤2)相同；重步骤3)和步骤4)，实现材料-2沉积层致密化及与轮毂表面的良好结合。
6)通过冷喷涂技术，将材料-3均匀喷涂在铝合金轮毂表面冷喷涂技术，喷涂工艺与步骤2)相同；重复步骤3)和步骤4)，实现材料-3沉积层致密化及与轮毂表面的良好结合，如图4所示。
综上所述，该抗冲击和耐磨的铝合金轮毂梯度涂层包含纯高熵合金层和SiC不同含量的高熵合金层，各涂层共同构成轮毂表面的梯度涂层，所述涂层间均为冶金结合。纯高熵合金涂层具有很好地强韧性，具备良好的抗冲击性能；SiC颗粒的增加，提高了高熵合金涂层的耐磨和耐腐蚀性能；梯度材料的设计能够促使涂层与涂层间、涂层与轮毂表面间良好的结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）配制梯度涂层所需三种材料：Al xFeNiSiTi高熵合金粉末、Al xFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.%SiC混合粉末和Al xFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.%SiC混合粉末；Al xFeNiSiTi高熵合金粉末中x的范围为0.2~1.0，Al xFeNiSiTi高熵合金粉末颗粒的直径为300~1000目；梯度涂层混合材料中SiC体积分数1~10vol.%，SiC其颗粒直径为300~1500目；梯度涂层中每种材料涂层的厚度为20~50μm；
2）采用冷喷涂技术，将Al xFeNiSiTi高熵合金粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；
3）采用复合电沉积工艺，轮毂为阴极，镍为阳极，通过复合电沉积，Ni离子进入粉末间隙并被还原沉积填充颗粒间隙，形成与铝合金轮毂表面结合良好的复合沉积层；
4）轮毂表面覆盖不锈钢微球，通过超声振动不锈钢球高频撞击沉积表面，消除沉积层孔隙，实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
5）采用冷喷涂技术，将Al xFeNiSiTi高熵合金粉末+5vol.%SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3）和步骤4），实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合；
6）采用冷喷涂技术，将Al xFeNiSiTi高熵合金粉末+10vol.%SiC混合粉末均匀喷涂在铝合金轮毂表面；重复步骤3）和步骤4），实现沉积层致密及与轮毂表面的良好结合。
2.根据权利要求1所述的汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，其特征在于：冷喷涂技术中冷喷涂系统工作气体为氮气，气压为1.0~1.4MPa，喷涂温度为300℃，喷涂距离为10~15mm，移动速度为10mm/s。
3.根据权利要求1所述的汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，其特征在于：复合电沉积工艺中复合电沉积镀液成分为：硫酸镍280g/L，氯化镍50g/L，硼酸40g/L，十二烷基硫酸钠0.1g/L，丁炔二醇0.5g/L，邻苯甲酰磺酰亚胺1.0g/L。
4.根据权利要求3所述的汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，其特征在于：复合电沉积镀液温度控制在40~50℃，pH值控制在3.8~4.2，电流密度为1.5~3.0A/dm2。
5.根据权利要求1所述的汽车轮毂表面梯度涂层的制备工艺，其特征在于：不锈钢微球的直径为2~10mm；超声振动中超声频率为20~40kHz，超声功率为300~500W。
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