專利名稱：鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al₂O₃/Al-Si復(fù)合涂層及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層及其制法，屬于 材料工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋁合金是世界上用量最大的有色金屬材料，它廣泛應(yīng)用于航空、航天和動力 機(jī)械中。但是，鋁合金的硬度很低，耐磨性能很差，應(yīng)用范圍受到很大的限制。 例如，將發(fā)動機(jī)由原來的鑄鐵材料換成鋁合金后，由于鋁合金耐磨性差，將使發(fā) 動機(jī)汽缸內(nèi)壁與活塞接觸的部分產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，大大減少發(fā)動機(jī)的使用壽命。此 外，同步器齒環(huán)、活塞環(huán)等要求耐磨的零部件，采用鋁合金制造也達(dá)不到耐磨性 的要求。
目前，在鋁合金表面制備耐磨涂層的方法是首先噴涂一層粘結(jié)底層，再噴
涂氧化物陶瓷工作層，制備出Ni/A 1 - A1203 、 Ni-A1203 、 NiCr Al-A1203 、 NiCr A1 Co Y-八1203復(fù)合涂層。這種方法制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度低，很難超過15MPa，這種大小 的結(jié)合力在大多數(shù)情況下是不能滿足機(jī)件要求的。主要原因是鋁合金的表面容易 形成氧化膜，這層氧化膜在大氣中無論進(jìn)行何種預(yù)處理都不能徹底去除。氧化膜 的熔點(diǎn)在200(TC以上，噴涂的熔滴無法將其熔化，噴涂后氧化膜處于涂層和鋁合 金基體之間，阻礙基體金屬原子和涂層金屬原子的直接接觸，無法形成冶金熔合 的焊接組織，只是一種機(jī)械相嵌和物理吸附狀態(tài)。
專利CN200710010330A "—種鋁合金的防腐蝕方法"中采用熱噴涂工藝， 在噴涂前對鋁合金表面進(jìn)行去油污、噴砂處理，噴涂后在噴涂層表面用有機(jī)涂料 進(jìn)行封閉處理，其特征在于在鋁合金表面噴涂一層高純度的鋁。但該專利是在鋁 合金表面得到高純度的鋁，只能防腐蝕，不能耐磨損，并且沒有進(jìn)行后處理，涂 層和鋁合金之間不能產(chǎn)生冶金結(jié)合。專利CN200610011816A "—種在鋁合金表 面涂敷耐磨涂層的方法"是屬于自蔓延高溫合成技術(shù)制備金屬間化合物涂層的技 術(shù)領(lǐng)域。采用反應(yīng)Fe203+2Al-2Fe+Al203，反應(yīng)放出巨大的熱量，產(chǎn)物為熔融態(tài)， 在離心力的作用下，液態(tài)的Fe和Al203分離，在反應(yīng)原料中加入過量的鋁，Al就會和Fe生成鐵鋁金屬間化合物，同時(shí)自蔓延反應(yīng)Fe203+2Al=2Fe+Al203放出 的熱量會使鋁表面的氧化膜熔解，使得鐵鋁金屬間化合物很容易與鋁基體形成冶 金結(jié)合，反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層即可得到金屬間化合物涂層。該專利 是利用自蔓延反應(yīng)Fe203+2Al=2Fe+Al203反應(yīng)得到鐵鋁金屬間化合物涂層，該方 法需要借助離心力的作用，只適合于在管類結(jié)構(gòu)的構(gòu)件內(nèi)表面獲得耐磨涂層，并 且反應(yīng)Fe203+2A—2Fe+Al203放出的熱量在構(gòu)件尺寸較大時(shí)，因鋁合金的導(dǎo)熱作 用，難以使鋁合金表面的氧化膜熔解，鐵鋁金屬間化合物很難與鋁基體形成冶金
5口 a o

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層及其 制法，在鋁合金表面制備Al203/Al-Si復(fù)合涂層，采用本發(fā)明制備的復(fù)合涂層結(jié)合 強(qiáng)度高，接合熱應(yīng)力小，具有優(yōu)異的耐磨性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層，其 特征在于在鋁合金表面有Ah03/Al-Si復(fù)合涂層，涂層厚度0.1咖 1咖。
一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，包括以下步驟(a) 鋁合金表面除油和噴砂處理；其特征在于
(b) 進(jìn)行熱噴涂，熱噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為60n/。 95n/。共晶成分的Al-Si 合金粉末、5。/。 40。/。Si02粉末，各組分之和為100%;粉末粒度5 20pm;
(c) 進(jìn)行激光或等離子重熔涂層。 如上所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，其特征在于
熱噴涂工藝參數(shù)是噴涂距離為80 200 mm，噴涂角度為80° 90° ，噴槍移 動速度為10 30cm/s，每次噴涂厚度0.05mm 0. 10mm，涂層總厚度0. 1 mm 2 mm。
如上所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，其特征在于 所述熱噴涂方法包括氧-乙炔火焰噴涂或等離子噴涂或超音速火焰噴涂。
如上所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，其特征在于 所述涂層激光或等離子重熔方法中涂層加熱溫度700 900°C。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過采用熱噴涂方法，基于反應(yīng)噴涂原理，在鋁合金表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)4Al+3Si02—2Al203+3Si，獲得A1203/Al-Si (過共晶) 復(fù)合涂層，提高鋁合金的耐磨性能。通過激光或等離子重熔處理，使涂層中熔化 的金屬原子和基體表面的金屬原子具有足夠的能量沖破界面上的A1203薄膜層， 原子之間發(fā)生劇烈的混合作用，生成一個(gè)冶金結(jié)合區(qū)，形成冶金結(jié)合界面，能夠 解決激光或等離子重熔處理高熔點(diǎn)陶瓷涂層帶來的結(jié)合界面裂紋和開裂的問題。 本發(fā)明獲得的A1203/ Al-Si復(fù)合涂層硬度〉1200HV，結(jié)合強(qiáng)度MOOMPa。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的Al203/Al-Si復(fù)合涂層的顯微組織。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的Al203/Al-Si復(fù)合涂層的界面結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明實(shí)施例鋁合金表面的Ah03/Al-Si復(fù)合涂層，涂層厚度O. 1 rmn 1咖。 本發(fā)明實(shí)施例鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法包括以下步
驟
(a) 鋁合金表面除油和噴砂處理；
(b) 進(jìn)行熱噴涂，其工藝參數(shù)是噴涂距離為80 200mm，噴涂角度為80。 90 ° ，噴槍移動速度為10 30cm/s，每次噴涂厚度為0.05mm 0. lOmm，涂層總厚度 0. lmm 2nm;熱噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為60。/。 95。/。共晶成分的A1-Si合金 粉末、5。/。 40n/。SiC)2粉末，各組分之和為100%;粉末粒度5 20nm;
(c) 進(jìn)行激光或等離子重熔涂層，其工藝參數(shù)是涂層加熱溫度700 90(TC。 所述熱噴涂方法包括氧-乙炔火焰噴涂或等離子噴涂或超音速火焰噴涂。
實(shí)施例h
基體材料鋁合金。
噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為70%共晶成分的Al-Si合金粉末、30%SiO2 粉末。粉末粒度10pm。
氧-乙炔火焰噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為100mm，噴涂角度為80。 90。，噴槍 移動速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm，涂層厚度0.20mm。激光重熔涂層工藝參數(shù)加熱溫度750°C。
實(shí)施例2:
基體材料鋁合金。
噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為80%共晶成分的Al-Si合金粉末、20%SiO2
粉末。粉末粒度15pm。
等離子噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為150mm，噴涂角度為80。 90。，噴槍移動 速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm，涂層厚度0.3mm。
等離子重熔涂層工藝參數(shù)加熱溫度750°C。
實(shí)施例3:
基體材料鋁合金。
噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為90%共晶成分的Al-Si合金粉末、10%SiO2 粉末。粉末粒度20ixm。
超音速火焰噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為100mm，噴涂角度為80。 90。，噴槍 移動速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm，涂層厚度0.20mm。
激光重熔涂層工藝參數(shù)加熱溫度750°C。
權(quán)利要求
1、一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al2O3/Al-Si復(fù)合涂層，其特征在于在鋁合金表面有Al2O3/Al-Si復(fù)合涂層，涂層厚度0.1mm～1mm。
2、 一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al2(VAl-S復(fù)合涂層的制法，包括以下步驟(a) 鋁合金表面除油和噴砂處理；其特征在于(b) 進(jìn)行熱噴涂，熱噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為60。/。 95。/。共晶成分的A1-Si合金粉末、5。/。 40。/t)Si02粉末，各組分之和為100%;粉末粒度5 20pm;(c) 進(jìn)行激光或等離子重熔涂層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，其特征在于熱噴涂工藝參數(shù)是噴涂距離為80 200 mm，噴涂角度為80° 90° ，噴槍移動速度為10 30 cm/s，每次噴涂厚度0. 05 mm 0. 10咖，涂層總厚度0. 1 inm 2畫。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al2CVAl-S復(fù)合涂層的制法，其特征在于所述熱噴涂方法包括氧-乙炔火焰噴涂或等離子噴涂或超音速火焰噴涂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al203/Al-Si復(fù)合涂層的制法，其特征在于所述涂層激光或等離子重熔方法中涂層加熱溫度700 900°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鋁合金表面反應(yīng)噴涂Al₂O₃/Al-Si復(fù)合涂層及其制法，采用熱噴涂方法，在鋁合金表面反應(yīng)合成Al₂O₃/Al-Si復(fù)合涂層，熱噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比為60％～95％共晶成分的Al-Si合金粉末、5％～40％SiO₂粉末，各組分之和為100％；粉末粒度5～20μm。涂層經(jīng)過激光或等離子重熔后，使涂層中熔化的金屬原子和基體表面的金屬原子具有足夠的能量沖破界面上的Al₂O₃薄膜層，原子之間發(fā)生劇烈的混合作用，生成一個(gè)冶金結(jié)合區(qū)，形成冶金結(jié)合界面。獲得的Al₂O₃/Al-Si復(fù)合涂層硬度＞1200HV，結(jié)合強(qiáng)度＞100MPa，涂層厚度0.1mm～1mm。
文檔編號C23C24/10GK101550549SQ20091006131
公開日2009年10月7日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者周小平, 胡心彬 申請人:湖北工業(yè)大學(xué)