专利名称：镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法
技术领域：
本发明涉及轻合金材料领域，具体地说是涉及镁合金与铝合金复合制造方法。
背景技术：
铝合金和镁合金是目前广泛应用的轻合金，随着运载工具的发展和轻量化要 求的提高，镁合金因其具有更小的密度和更高的比强度高，受到青睐。但是，由 于镁合金存在高温强度低、抗蠕变性差、耐腐蚀性差以及与钢铁发生电偶腐蚀等 问题，工业上往往单独使用镁合金材料难以满足零件的工作要求。经过多年研究， 开发出了耐热镁合金、高强高韧性镁合金、耐热阻燃镁合金等。但镁合金硬度低、 耐腐蚀性能差以及与钢铁发生电偶腐蚀等问题还没有得到很好解决，仍然制约着 镁合金的应用。在镁合金上局部镶铸铝合金，充分挥发镁合金质量轻的优点和铝 合金力学性能好且不与钢铁发生电偶腐蚀的优点，可以最大程度地减轻零件重
双金属铸造技术在钢铁材料上有许多成功应用的例子。但铝合金、镁合金双 金属铸造至今国内还没有成功应用报道，因为铝合金在常温或高温下极易在表面 形成一层致密的高熔点氧化膜，这层氧化膜影响了镁合金与铝合金的冶金结合。 本发明是在铝合金、镁合金之间设计一中间层，中间层材料不对镁合金和铝合金 的性能产生明显的不良影响，且与镁合金和铝合金形成冶金结合。
发明内容
针对现有技术存在的铝合金表面易生成氧化膜影响与镁合金的结合的缺点， 本发明提供一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，生产出的镁合金镶铸铝合金 界面结合度好，达到冶金结合。
本发明的技术方案为 一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，步骤如下 第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧 化膜；
3第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一 层锌层或锌合金层，厚度为0.002-0.lmm;
第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸
型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝
合金复合结构，镁合金浇铸温度为640。C 72(TC。
有益效果
(1) 铝合金表面浸锌层均匀、致密、无气孔，锌层能有效阻止铝合金的氧化。
(2) 浸锌层熔点低，浇注镁合金时先熔化，并向铝合金和镁合金界面扩散。 锌固溶于铝基体，并与镁、铝形成MgZn、 Mg2Zn3、 Mg2Zn 和AlMg4Zn 等形 成三元相，铝合金和镁合金形成良好的冶金结合。
图1-铝合金表面化学镀锌层形貌。
图2-化学镀锌处理的铝合金与镁合金界面区形貌。
图3-铝合金表面热浸锌层形貌。
图4-热浸锌处理的铝合金、镁合金界面区形貌。
具体实施例方式
镁合金采用AZ91D，铝合金使用6061、 6063、 2024、 2017等变形铝合金以 及ZLIOI、 ZL101A、 ZL104等铸造铝合金。 实施例l
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
① 表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧 化钠15g/L、 Na3P(V10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70'C温度下进行 化学除油。
② 碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧 化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步 除油净化表面。浸蚀配方为氢氧化钠50 g/L、碳酸钠25 g/L。在50'C下浸蚀 15s。
③ 出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或 光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为硝酸与氢氟酸按照体积比3: l混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
—次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面 浸锌。浸锌溶液配方为氢氧化钠120g/L、氧化锌20g/L、酒石酸钾钠 (KNaC4H4(V4H20) 8 g/L、三氯化铁1.5g/L、硝酸钠lg/L， 20。C浸锌60s。
⑤退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙 多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除， 使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基
体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1: 1
的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3秒。
◎ 二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌
30s，浸锌层厚度为20 6(Him。
⑦ 将浸锌后的铝合金在IO(TC烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧ 浇注AZ91D，浇注温度为68(TC，铝合金和镁合金形成冶金结合。
实施例2
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
① 表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧 化钠15g/L、 Na3PO4.10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70。C温度下进行 化学除油。
② 碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧 化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步 除油净化表面。浸蚀配方为氢氧化钠50 g/L、碳酸钠25 g/L。在5(TC下浸蚀 15s。
③ 出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或
光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为硝酸与氢氟酸按 照体积比3: 1混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
—次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面
浸锌。浸锌溶液配方为氢氧化钠300g/L、氧化锌50g/L、酒石酸钾钠 (KNaC4H406'4H20) 5g/L、三氯化铁lg/L、硝酸钠2g/L， 20。C浸锌60s。
⑤ 退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙 多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除， 使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基
体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1: 1
的硝酸溶液中，在室温下进行退锌15秒。
⑥ 二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为4 6nm。涂层形貌见图l。
⑦ 将浸锌后的铝合金在IOO'C烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧ 浇注AZ91D，浇注温度为680°C，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图2。
实施例3
采用化学浸锌法在铝合金表面浸镀锌层。具体工艺流程如下。
① 表面除油，先用丙酮擦拭铝合金表面，用水冲洗后将铝合金放入含氢氧 化钠15g/L、 Na3PO4'10H2O 25g/L、硅酸钠5g/L的溶液中。在70。C温度下进行 化学除油。
② 碱浸蚀，浸蚀是铝合金前处理的关键工序，目的是去除铝合金表面的氧 化膜及表面加工粗纹等缺陷，获得均匀色调和光泽一致的表面，同时还能进一步 除油净化表面。浸蚀配方为氢氧化钠50 g/L、碳酸钠25 g/L。在5(TC下浸蚀 15s。
③ 出光，出光也叫去灰，是预处理中重要的工序，其目的是清除碱浸蚀或
光泽处理后残留在铝合金表面上的残渣、挂灰。出光液配方为硝酸与氢氟酸按 照体积比3: 1混合后的溶液。在室温下5s出光处理。
—次浸锌，将预处理好的铝合金件冲洗后迅速放入浸锌溶液中进行表面
浸锌。浸锌溶液配方为氢氧化钠200g/L、氧化锌50g/L、酒石酸钾钠 (KNaC4H406.4H20) 10 g/L、三氯化铁2g/L、硝酸钠2g/L， 20。C浸锌60s。
⑤ 退锌，由于一次浸锌中溶解氧化膜而后发生置换反应，获得的锌层粗糙 多孔，附着力不良，同时难免还有少量氧化膜残留，为此将第一次浸锌层退除， 使铝合金表面呈现均匀细致的活化状态，再进行第二次浸锌，以获得致密且与基 体附着力更好的锌层。直接将一次浸锌后的铝合金件置于硝酸与水体积比1: 1 的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3 15秒。
⑥ 二次浸锌，退锌后用水冲洗试件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌 30s，浸锌层厚度为0.02-0.lmm。涂层形貌见图1。
⑦ 将浸锌后的铝合金在ioo'c烘箱中烘干，然后固定在砂型型腔特定部位。
⑧ 浇注AZ91D，浇注温度为680°C，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图2。
实施例4
采用热浸镀法在铝合金镶嵌件表面热浸镀一层锌中间层。具体工艺流程如下。
① 清洗试件将铝合金放入热水中清洗5min，以洗净表面灰尘、污垢，再 将其放入超声波清洗仪中超声震荡除油。
② 脱脂配制800mL脱脂液配方为硅酸钠(Na2Si03) 4.37 g/L、碳酸钠(Na2C03) 4g/L、氢氧化钠(NaOH) 0.8g/L、 OP乳化齐lj 0.5g/L。在水浴锅中加 热到60°C，把经过清洗后的铝合金浸入脱脂液中5min。
③水洗脱脂后取出铝合金并立即浸入6(TC热水，清洗5min，洗净脱脂 液，以免将残余碱液带入下一道工序。
酸洗将水洗后铝合金放入硝酸与水体积比1: 1的硝酸溶液中，清除铝
合金表面杂质。
⑤水洗取出铝合金件，在50'C温水中清洗5min，洗净酸液。
◎助镀助镀是热浸镀前处理中一道重要的工序，它不仅可以弥补前面几
道工序的不足，还可以活化镀件表面，提高热浸镀质量。助镀剂选用铝钎焊熔剂
QJ201主要成分氯化钾(KC1) 50%、氯化锂(LiCl) 30%、氯化锌(ZnCl2) 10%、氟化钠(NaF) 10%。将配好的助镀剂用去离子水调成糊状均匀涂抹在铝 合金表面，能有效除去铝合金表面氧化物，促进锌液在铝合金表面的扩散与结合。
⑦ 烘干助镀后的铝合金在18(TC下烘15min。
⑧ 热浸镀将处理后的铝合金浸入48(TC的锌液中，热浸镀30s。浸锌层厚 度为15 20nm，涂层形貌见图3。
◎将浸锌后的铝合金固定在砂型型腔特定部位。
⑩浇注AZ91D，浇注温度为680°C，铝合金和镁合金形成冶金结合，见图4。
权利要求
1、一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于，步骤如下第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧化膜；第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一层锌层或锌合金层，厚度为0.002～0.1mm；第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝合金复合结构，镁合金浇铸温度为640℃～720℃。
2、 如权利要求1所述的镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于， 第二步的化学浸锌法具体为先一次浸锌将预处理好的铝合金件冲洗后立即放入浸锌溶液中进行表面浸 锌，浸锌溶液配方为氢氧化钠120~300g/L、氧化锌20 60g/L、四水酒石酸钾 钠5 10g/L、三氯化铁l 2g/L、硝酸钠l 2g/L， 20。C浸锌60s;然后退锌将一 次浸锌后的铝合金件置于按硝酸与水体积比1: 1的硝酸溶液中，在室温下进行退锌3 15秒；最后二次浸锌退锌后用水冲洗铝合金件表面再放入浸锌溶液中进行二次浸锌30s，浸锌层厚度为4 6pm，将浸锌后的铝合金件烘干。
3、 如权利要求1所述的镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，其特征在于，第二步的热浸镀法具体步骤为先助镀助镀剂成分氯化钾50wt%、氯化锂30wt%、氯化锌10wt%、氟化钠10wt%，将配好的助镀剂用去离子水调成糊状均匀涂抹在铝合金件表面，然 后烘干；热浸镀经过助镀处理后的铝合金件浸入48(TC的锌浴中，热浸镀30s， 浸锌层厚度为15~20pm。
全文摘要
本发明公开了一种镁合金铸件局部镶铸铝合金的方法，步骤如下第一步，对待镶铸的铝合金件表面进行预处理，去除铝合金表面的油污、氧化膜；第二步，采用化学浸锌法或热浸镀法在第一步处理好的铝合金件表面浸镀一层锌层或锌合金层，厚度为0.002～0.1mm；第三步，根据镶铸位置要求，将第二步镀好锌或锌合金的铝合金件固定在铸型的目标部位，然后用液态成型方法向铸型中注入液态镁合金，形成镁合金与铝合金复合结构，镁合金浇铸温度为640℃～720℃。铝合金表面浸锌层均匀、致密、无气孔，锌层能有效阻止铝合金的氧化。浸锌层熔点低，浇注镁合金时先熔化，并向铝合金和镁合金界面扩散。锌固溶于铝基体，并与镁、铝形成三元相，铝合金和镁合金形成良好的冶金结合。
文档编号C23C2/06GK101439462SQ200810242948
公开日2009年5月27日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者钊 刘, 周泽华, 林萍华, 江少群, 王泽华, 胡海燕 申请人:河海大学