铝合金表面反应喷涂Al₂O₃/Al-Si复合涂层及其制法的制作方法

专利名称：铝合金表面反应喷涂Al₂O₃/Al-Si复合涂层及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层及其制法，属于 材料工程技术领域。
背景技术：
铝合金是世界上用量最大的有色金属材料，它广泛应用于航空、航天和动力 机械中。但是，铝合金的硬度很低，耐磨性能很差，应用范围受到很大的限制。 例如，将发动机由原来的铸铁材料换成铝合金后，由于铝合金耐磨性差，将使发 动机汽缸内壁与活塞接触的部分产生严重磨损，大大减少发动机的使用寿命。此 外，同步器齿环、活塞环等要求耐磨的零部件，采用铝合金制造也达不到耐磨性 的要求。
目前，在铝合金表面制备耐磨涂层的方法是首先喷涂一层粘结底层，再喷
涂氧化物陶瓷工作层，制备出Ni/A 1 - A1203 、 Ni-A1203 、 NiCr Al-A1203 、 NiCr A1 Co Y-八1203复合涂层。这种方法制备的涂层结合强度低，很难超过15MPa，这种大小 的结合力在大多数情况下是不能满足机件要求的。主要原因是铝合金的表面容易 形成氧化膜，这层氧化膜在大气中无论进行何种预处理都不能彻底去除。氧化膜 的熔点在200(TC以上，喷涂的熔滴无法将其熔化，喷涂后氧化膜处于涂层和铝合 金基体之间，阻碍基体金属原子和涂层金属原子的直接接触，无法形成冶金熔合 的焊接组织，只是一种机械相嵌和物理吸附状态。
专利CN200710010330A "—种铝合金的防腐蚀方法"中采用热喷涂工艺， 在喷涂前对铝合金表面进行去油污、喷砂处理，喷涂后在喷涂层表面用有机涂料 进行封闭处理，其特征在于在铝合金表面喷涂一层高纯度的铝。但该专利是在铝 合金表面得到高纯度的铝，只能防腐蚀，不能耐磨损，并且没有进行后处理，涂 层和铝合金之间不能产生冶金结合。专利CN200610011816A "—种在铝合金表 面涂敷耐磨涂层的方法"是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Fe203+2Al-2Fe+Al203，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Al203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Fe203+2Al=2Fe+Al203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。该专利 是利用自蔓延反应Fe203+2Al=2Fe+Al203反应得到铁铝金属间化合物涂层，该方 法需要借助离心力的作用，只适合于在管类结构的构件内表面获得耐磨涂层，并 且反应Fe203+2A—2Fe+Al203放出的热量在构件尺寸较大时，因铝合金的导热作 用，难以使铝合金表面的氧化膜熔解，铁铝金属间化合物很难与铝基体形成冶金
5口 a o

发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层及其 制法，在铝合金表面制备Al203/Al-Si复合涂层，采用本发明制备的复合涂层结合 强度高，接合热应力小，具有优异的耐磨性能。
本发明的技术方案是 一种铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层，其 特征在于在铝合金表面有Ah03/Al-Si复合涂层，涂层厚度0.1咖 1咖。
一种铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，包括以下步骤(a) 铝合金表面除油和喷砂处理；其特征在于
(b) 进行热喷涂，热喷涂粉末组成的质量百分比为60n/。 95n/。共晶成分的Al-Si 合金粉末、5。/。 40。/。Si02粉末，各组分之和为100%;粉末粒度5 20pm;
(c) 进行激光或等离子重熔涂层。 如上所述的铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于
热喷涂工艺参数是喷涂距离为80 200 mm，喷涂角度为80° 90° ，喷枪移 动速度为10 30cm/s，每次喷涂厚度0.05mm 0. 10mm，涂层总厚度0. 1 mm 2 mm。
如上所述的铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于 所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
如上所述的铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于 所述涂层激光或等离子重熔方法中涂层加热温度700 900°C。
本发明的有益效果是本发明通过采用热喷涂方法，基于反应喷涂原理，在铝合金表面产生化学反应4Al+3Si02—2Al203+3Si，获得A1203/Al-Si (过共晶) 复合涂层，提高铝合金的耐磨性能。通过激光或等离子重熔处理，使涂层中熔化 的金属原子和基体表面的金属原子具有足够的能量冲破界面上的A1203薄膜层， 原子之间发生剧烈的混合作用，生成一个冶金结合区，形成冶金结合界面，能够 解决激光或等离子重熔处理高熔点陶瓷涂层带来的结合界面裂纹和开裂的问题。 本发明获得的A1203/ Al-Si复合涂层硬度〉1200HV，结合强度MOOMPa。


图1是本发明实施例的Al203/Al-Si复合涂层的显微组织。 图2是本发明实施例的Al203/Al-Si复合涂层的界面结构。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明实施例铝合金表面的Ah03/Al-Si复合涂层，涂层厚度O. 1 rmn 1咖。 本发明实施例铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法包括以下步
骤
(a) 铝合金表面除油和喷砂处理；
(b) 进行热喷涂，其工艺参数是喷涂距离为80 200mm，喷涂角度为80。 90 ° ，喷枪移动速度为10 30cm/s，每次喷涂厚度为0.05mm 0. lOmm，涂层总厚度 0. lmm 2nm;热喷涂粉末组成的质量百分比为60。/。 95。/。共晶成分的A1-Si合金 粉末、5。/。 40n/。SiC)2粉末，各组分之和为100%;粉末粒度5 20nm;
(c) 进行激光或等离子重熔涂层，其工艺参数是涂层加热温度700 90(TC。 所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
实施例h
基体材料铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为70%共晶成分的Al-Si合金粉末、30%SiO2 粉末。粉末粒度10pm。
氧-乙炔火焰喷涂工艺参数喷涂距离为100mm，喷涂角度为80。 90。，喷枪 移动速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.20mm。激光重熔涂层工艺参数加热温度750°C。
实施例2:
基体材料铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为80%共晶成分的Al-Si合金粉末、20%SiO2
粉末。粉末粒度15pm。
等离子喷涂工艺参数喷涂距离为150mm，喷涂角度为80。 90。，喷枪移动 速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.3mm。
等离子重熔涂层工艺参数加热温度750°C。
实施例3:
基体材料铝合金。
喷涂粉末组成的质量百分比为90%共晶成分的Al-Si合金粉末、10%SiO2 粉末。粉末粒度20ixm。
超音速火焰喷涂工艺参数喷涂距离为100mm，喷涂角度为80。 90。，喷枪 移动速度为15cm/s，每次喷涂厚度小于0.10mm，涂层厚度0.20mm。
激光重熔涂层工艺参数加热温度750°C。
权利要求
1、一种铝合金表面反应喷涂Al2O3/Al-Si复合涂层，其特征在于在铝合金表面有Al2O3/Al-Si复合涂层，涂层厚度0.1mm～1mm。
2、 一种铝合金表面反应喷涂Al2(VAl-S復合涂层的制法，包括以下步骤(a) 铝合金表面除油和喷砂处理；其特征在于(b) 进行热喷涂，热喷涂粉末组成的质量百分比为60。/。 95。/。共晶成分的A1-Si合金粉末、5。/。 40。/t)Si02粉末，各组分之和为100%;粉末粒度5 20pm;(c) 进行激光或等离子重熔涂层。
3、 根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于热喷涂工艺参数是喷涂距离为80 200 mm，喷涂角度为80° 90° ，喷枪移动速度为10 30 cm/s，每次喷涂厚度0. 05 mm 0. 10咖，涂层总厚度0. 1 inm 2画。
4、 根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al2CVAl-S復合涂层的制法，其特征在于所述热喷涂方法包括氧-乙炔火焰喷涂或等离子喷涂或超音速火焰喷涂。
5、 根据权利要求2所述的铝合金表面反应喷涂Al203/Al-Si复合涂层的制法，其特征在于所述涂层激光或等离子重熔方法中涂层加热温度700 900°C。
全文摘要
本发明提供了一种铝合金表面反应喷涂Al₂O₃/Al-Si复合涂层及其制法，采用热喷涂方法，在铝合金表面反应合成Al₂O₃/Al-Si复合涂层，热喷涂粉末组成的质量百分比为60％～95％共晶成分的Al-Si合金粉末、5％～40％SiO₂粉末，各组分之和为100％；粉末粒度5～20μm。涂层经过激光或等离子重熔后，使涂层中熔化的金属原子和基体表面的金属原子具有足够的能量冲破界面上的Al₂O₃薄膜层，原子之间发生剧烈的混合作用，生成一个冶金结合区，形成冶金结合界面。获得的Al₂O₃/Al-Si复合涂层硬度＞1200HV，结合强度＞100MPa，涂层厚度0.1mm～1mm。
文档编号C23C24/10GK101550549SQ20091006131
公开日2009年10月7日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者周小平, 胡心彬 申请人:湖北工业大学