CN1844453A - 一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法，属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的技术领域。采用反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物，同时自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。本发明的优点在于工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。涂层厚度可控。涂层硬度均匀，维氏硬度HV0.3可达4.66GPa。
Description
技术领域
本发明属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的技术领域，特别是提供了一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法，利用自蔓延熔铸技术在铝合金表面涂敷Fe(Ni)-Al系金属间化合物涂层。
技术背景
铝合金是工业用量最大的有色金属材料，它具有比重轻，储量丰富，耐腐蚀性好的特点，广泛的应用于航空、航天、动力机械等方面，然而相对于钢铁材料，铝合金硬度低，耐磨性差，限制了铝合金的进一步应用。目前铝合金表面强化的方法主要有激光表面熔敷，热喷涂等，这些方法都存在生产周期长，工艺复杂，成本高或者对设备要求高等缺点。另外，由于铝合金的熔点仅有660℃，在其上熔覆高于熔点的合金会出现坍塌稀释率高等问题，要得到高质量的熔覆层十分困难，再加上铝表面有一层具有2477℃熔点的致密的氧化膜，使界面的冶金结合形成更加困难。
铁铝金属间化合物具有低成本、较低的密度和显著的抗高温硫化、抗氧化力，以及高硬度和优异的抗腐蚀性能。目前铁铝金属间化合物的生产方法主要包括熔铸法和粉末冶金方法。
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。利用自蔓延反应混合物在燃烧合成过程时产生的高温超过产物熔点，形成熔体，采用冶金工艺处理熔体，可得到铸件、涂层，或者完成焊接，这种方法称为SHS冶金。自蔓延熔铸是自蔓延冶金的一种形式。在自蔓延反应 中加入过量的Al即可生成Fe-Al金属间化合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法，采用自蔓延离心熔铸法制备Fe(Ni)-Al金属间化合物涂层。实现了工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。
本发明采用反应 ，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物。同时自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合。同时由于自蔓延反应迅速，时间短，基体不会产生熔塌等不良现象。反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。具体工艺如下：
1、将Fe2O3粉和铝粉混和，球磨2～3小时，其中铝粉占混和粉总质量的31～40％。
2、可以用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
3、将球磨后的混和粉末堆敷在铝基体表面，控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s2。
反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。经观察分析可以在铝基体表面形成1～5mm的金属间化合物涂层。
本发明的优点在于工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。涂层厚度可控。涂层硬度均匀，维氏硬度HV0.3可达4.66GPa。
附图说明
图1为本发明采用轴向离心法为铝管涂敷耐磨涂层反应前的示意图。铝基体1、氧化铁粉、铝粉的混合物2、用于点燃的钨丝3。
图2为本发明采用轴向离心法为铝管涂敷耐磨涂层反应结束后的示意图。其中，生成的金属间化合物涂层4、氧化铝层5。
图3为本发明为铝板涂敷耐磨涂层反应前的示意图。
图4为本发明为铝板涂敷耐磨涂层反应结束后的示意图。
图5是涂层与基体的结合处的扫描电镜背反射照片。黑色为铝基体，白色为铁铝金属间化合物涂层，灰色为富铝的铁铝金属间化合物。
具体实施方式
实施例1：反应原料氧化铁粉320g，铝粉144g，混合均匀后装入要涂敷的铝管中，铝管尺寸为Φ74mm，壁厚4mm，长200mm。圆管装卡在离心机上，开动离心机，转速1110转/分(反应原料的离心加速度为500m/s2)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以Fe3Al粉为主相的金属间化合物涂层。
实施例2：反应原料氧化铁粉32g，铝粉21.6g，混合均匀。铝板长40mm，宽40mm，厚5mm，装入石墨型腔中，石墨型腔装卡在离心机上，型腔底部距离心机圆心20cm，开动离心机，转速1000转/分(反应原料的离心加速度为2240m/s2)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以FeAl为主相的金属间化合物涂层。
实施例3反应原料氧化铁粉320g，铝粉180g，混合均匀后装入要涂敷的铝管中，铝管尺寸为Φ74mm，壁厚4mm，长200mm。圆管装卡在离心机上，开动离心机，转速3600转/分(反应原料的离心加速度为4975m/s2)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以Fe3Al和FeAl为主相的金属间化合物涂层。
Claims (2)
1、一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法，采用反应 ，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物，同时自蔓延反应 放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层得到金属间化合物涂层；工艺为：
a、将Fe2O3粉和铝粉混和，球磨2～3小时，其中铝粉占混和粉总质量的31～40％；
b、将球磨后的混和粉末堆敷在铝基体表面，控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s2。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
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