专利名称：一种铝合金表面制备高硅涂层的方法
技术领域：
本发明涉及ー种金属表面改性方法，特别涉及一种采用激光辅助渗硅技术在铝合金表面制备高硅涂层的方法。
背景技术：
铝及铝合金具有比重轻、比強度高、耐蚀性好、导电导热性好、无磁性、韧性好等优点， 且地球上铝资源含量丰富，其含量仅次于氧和硅，因而显示出广阔的应用前景。随着现代エ 业的快速发展，铝エ业的技术水平已经达到了很高的水平，生产范围已遍布全球。目前，铝及铝合金仍然是材料使用中的第一大用户。因此，作为朝阳产业的铝及其合金材料，由于自身优点其发展趋势势不可挡，然而纯铝的性能在大多数场合是不能满足需求的，同时纯铝在全球的需求量不大，为此，人们纷纷在纯铝基础上添加各种Si、狗、C等合金元素，以满足各种性能需求。其中，Si是铝合金中ー种十分重要且用量很大的合金化元素，就铸造铝合金而言，Al-Si合金占有重要的地位，其用量占全球铝合金总产量的80%以上，且在エ业活塞、交通运输行业、航天航空等零部件、农业方面、建筑结构材料等诸多领域中具有广泛的应用。高硅含量的铝合金具有良好的导热性能、热膨胀系数低，同时高硅铝合金具有高硬度、耐磨性好等一系列优点而被应用于电子封装、交通运输等行业中，国内外都在采取各种方法对铝及其合金表面进行改性，以获得具有高硬度。耐磨性好的高硅涂层铝合金，以拓宽普通铝合金的应用范围。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供ー种铝合金表面制备高硅涂层的方法，提高铝合金表面的硅含量，通过エ艺參数的控制和扩散加热处理从而使硅含量和硬度呈现梯度下降，成功制备出“表面硬度高、内部韧性強”的高硅铝合金。本发明采用的技术方案是 按以下步骤进行
(1)预处理先对铸造铝合金表面用砂纸进行打磨抛光，并在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡5 min进行黑化处理，然后用化学纯的丙酮和酒精清洗铝合金表面，自然风干后， 利用可增强CO2激光吸收率的吸光涂料与Si粉均勻搅拌在一起后，均勻的涂在待熔覆铝合金基体表面，其中Si粉的纯度为99. 9%，粒度为74 Mm，预置涂层厚度为3mm以内；
(2)沉积涂层在氩气气氛保护下，用7kW横流CO2激光器对所述预置层进行激光强化，激光熔覆エ艺參数为P=2 2. 8 kff,扫描速度V=IOO 500 mm/min,光斑直径D=4 mm ；
(3)热处理将步骤(2)激光强化处理后的样品置于热处理炉中，真空条件下加热至 450で 550で，并保温36 h，制备出高硅涂层。所述的高硅涂层的厚度为0.7 0.75mm。本发明具有的有益效果是
铝合金表面的硅含量得到大大的提高，且所得到的高硅涂层的厚度为0. 7 0. 75mm,高硅涂层中的硅含量由表及里逐渐下降，从而使铝合金具有一定深度要求的高硬度、耐磨性好等特点；另外，相比于其他技木，激光辅助渗硅技术制备的高硅涂层与铝合金呈现冶金结合，大大延长了铝合金的使用寿命。
图1是实施例1热处理后(a)硅含量分布图；(b)硬度分布。图2是实施例2热处理后(a)硅含量分布图；(b)硬度分布。图3是实施例3热处理后(a)硅含量分布图；(b)硬度分布。
具体实施例方式本发明实例中采用的为ZLlOl铝合金，其Si含量为6. 5-7. 5%，试样尺寸均为45 mmX20 mmX 10 mm。熔覆材料选用纯度为99. 9%的Si粉，Si粉直径均为74 Mm。样品预处理先对铝合金试样的表面用砂纸进行打磨后抛光以去除表面的氧化皮和杂质，后在5% (质量分数)NaOH溶液中浸泡5 min起到黑化的作用，然后用化学纯的丙酮酒精擦拭干净， 自然风干后用人工涂覆的方法，利用市售的可增强对(X)2激光的吸收率的吸光涂料与Si粉末均勻搅拌在一起后均勻的涂在待熔覆铝合金基体表面(涂层厚度要保持均勻一致，厚度控制在3mm以内)，自然风干后待激光处理。本发明实例中采用的激光器为7 kff LEO GFT-IVB型横流(X)2激光器，激光波长为 10. 6 μ m0本发明实例中采用的热处理设备为常规热处理设备，热处理炉的核心部件为加热元件及处理腔室，其加热元件由电阻丝与高铝管共同組成，加热功率为5 kW，加热范围室温至1300で，温度精度士5 °C。本发明实例中硬度测试方法为
试样抛光以后，基体和涂层显微硬度测试在HV-1000型显微硬度计上进行，实验载荷为9. 8 N，加载时间为15 s，由表及里地测定激光熔覆样品横截面的显微硬度分布，每3-5 个点取其平均值。实施例1
在氩气气氛保护下，用7 kW横流0)2激光器对预置层进行激光强化，激光熔覆エ艺參数为P=2 kW，扫描速度V=IOO mm/min，光斑直径D=4 mm，从而在铝合金表面制备出硅涂层。将激光处理后的试样置于常规热处理炉中进行扩散加热处理，扩散加热温度取 450で，保温时间取36 h，从而制备出硅含量和显微硬度呈梯度分布的高硅铝合金，如图Ia 所示，硅含量自表面向基体方向逐减少；如图Ib所示，高硅涂层的显微硬度为250-320 HV, 比基体硬度显著提高，熔覆层与基体结合良好。实施例2:
在氩气气氛保护下，用7 kW横流CO2激光器对预置层进行激光强化，激光熔覆エ艺參数为P=2.4 kW，扫描速度V=300 mm/min，光斑直径D=4 mm，从而在铝合金表面制备出硅涂広。将激光处理后的试样置于常规热处理炉中进行扩散加热处理，扩散加热温度取 500で，保温时间取36 h，从而制备出硅含量很显微硬度呈梯度分布的高硅铝合金，如图加所示，硅含量自表面向基体方向逐减少；如图2b所示，高硅涂层的显微硬度为300-320 HV, 硬度提高最为明显，熔覆层与基体结合良好。实施例3:
在氩气气氛保护下，用7 kW横流CO2激光器对预置层进行激光强化，激光熔覆エ艺參数为P=2.8 kW，扫描速度V=500 mm/min，光斑直径D=4 mm，从而在铝合金表面制备出硅涂広。将激光处理后的试样置于常规热处理炉中进行扩散加热处理，扩散加热温度取 550で，保温时间取36 h，从而制备出硅含量很显微硬度呈梯度分布的高硅铝合金，如图3a 所示，硅含量自表面向基体方向逐减少；如图北所示，高硅涂层的显微硬度为250-320 HV, 比基体硬度显著提高，熔覆层与基体结合良好。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.ー种铝合金表面制备高硅涂层的方法，其特征在于按以下步骤进行(1)预处理先对铸造铝合金表面用砂纸进行打磨抛光，并在质量分数为5%的NaOH溶液中浸泡5 min进行黑化处理，然后用化学纯的丙酮和酒精清洗铝合金表面，自然风干后， 利用可增强CO2激光吸收率的吸光涂料与Si粉均勻搅拌在一起后，均勻的涂在待熔覆铝合金基体表面，其中Si粉的纯度为99. 9%，粒度为74 Mm，预置涂层厚度为3mm以内；(2)沉积涂层在氩气气氛保护下，用7kW横流CO2激光器对所述预置层进行激光强化，激光熔覆エ艺參数为P=2 2. 8 kff,扫描速度V=IOO 500 mm/min,光斑直径D=4 mm ；(3)热处理将步骤(2)激光强化处理后的样品置于热处理炉中，真空条件下加热至 450で 550で，并保温36 h，制备出高硅涂层。
2.根据权利要求1所述的ー种铝合金表面制备高硅涂层的方法，其特征在于所述的高硅涂层的厚度为0. 7 0. 75mm。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金表面制备高硅涂层的方法。先对铝合金表面打磨抛光，并在质量分数为5％的NaOH溶液中浸泡进行黑化处理，然后用丙酮和酒精清洗风干后，利用可增强CO2激光吸收率的吸光涂料与Si粉末均匀搅拌在一起后，均匀涂在待熔覆铝合金基体表面，预置涂层厚度为3mm以内；在氩气气氛保护下，用7kW横流CO2激光器对预置层进行激光强化；将激光强化处理后的样品置于真空条件下加热至450℃～550℃，并保温36h，制备出高硅涂层。本发明以提高铝合金表面硅含量为目的，采用激光熔覆和扩散加热相结合的激光辅助渗硅技术，制备出“表面硬度高、内部韧性强”的高硅铝合金，使其具有一定深度要求的高硬度、耐磨性好等特点。
文档编号C23C10/30GK102534467SQ20121004068
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者周成菊, 席珍强, 徐敏, 杜平凡 申请人:浙江理工大学