专利名称：铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，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。采用热喷涂技术在钢铁材料表面制备耐磨涂层，可以提高材料的耐磨性能。由于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2000°C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。因此，采用热喷涂方法在铝合金表面制备的耐磨涂层结合强度低，容易剥落，难以满足工件使用要求。搅拌摩擦加工技术是一种新型制备金属基复合材料的技术，它是利用搅拌头造成加工区域材料的剧烈塑性变形、混合、破碎，实现材料微观组织细化、均勻化和致密化。搅拌摩擦加工过程就是将基体固定在刚性垫板上，通过对板材开槽的方式，将增强材料预置于基体材料中。搅拌头高速旋转，在向下的压力作用下，搅拌头探针钻入工件表面，轴肩紧密接触工件表面，直至压入材料表面以下一定深度。高速旋转的搅拌头，通过库仑摩擦和剪切摩擦产生大量的热量，使其附近的金属温度迅速升高，形成熔融状态，并产生材料大范围的迅速迁移。搅拌头高速旋转的同时，沿着加工方向运动，置入的增强材料被熔融的基体材料覆盖、包裹，并被切割成很多个小体积的单元，这些单元随搅拌摩擦加工过程不断运动，最终停留在搅拌头加工过的区域内，完成固相加工过程下复合材料的制备。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，采用本发明的复合高速钢耐磨层和铝基材间冶金结合，具有良好的耐磨性能。本发明所述铝合金表面复合高速钢耐磨层厚度为0. 1 mm -1 mm。本发明的技术方案是一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，包括以下步骤
(a)铝合金表面除油和喷砂处理
除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分钟，再用清水清洗；喷砂采用棕色氧化铝砂粒， 粒度为500-550 μ m,喷砂机喷嘴出口压力为0. 6-0. 7MPa，喷嘴距制品距离为25-30 mm ；
(b)铝合金表面热喷涂高速钢涂层对经过表面除油和喷砂处理的铝合金制品进行热喷涂，热喷涂用原材料为高速钢粉末，粉末粒度为30-50μπι; (c)涂层搅拌摩擦加工
对热喷涂高速钢涂层的铝合金制品进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工在搅拌摩擦焊接设备上进行，搅拌摩擦加工时，搅拌头和高速钢涂层直接接触，搅拌头高速旋转，并在水平方向移动。如上所述的铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，其特征在于所述热喷涂的方法包括氧-乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速火焰喷涂，热喷涂涂层的厚度为 0. 2 mm -ι. 5 mm。如上所述的铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，其特征在于所述搅拌摩擦加工的搅拌头为无针搅拌头，搅拌头的直径为Φ 10 mm φ 30 mm，转速为IOOOrpm 3000rpm，移动速度为 10 mm /min 100 mm /min。本发明的有益效果是本发明通过搅拌摩擦加工，使热喷涂涂层均勻镶嵌、熔合在铝合金表面层中(如附图1所示)，形成一层良好的耐磨层，涂层和基体间产生冶金结合。本发明获得的高速钢耐磨层硬度> 520HV，结合强度> 70MPa。采用本发明的复合高速钢耐磨层和铝基材间冶金结合，具有良好的耐磨性能。
图1是采用本发明实施例的铝合金表面复合高速钢耐磨层的方法涂层搅拌摩擦加工后，表面层的形貌。
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。以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。本发明实施例提供一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，包括以下步骤
(a)铝合金表面除油和喷砂处理；
(b)铝合金表面热喷涂高速钢涂层；
(c)涂层搅拌摩擦加工。除油采用3_4%NaCl水溶液浸泡10_20分钟，再用清水清洗。喷砂采用棕色氧化铝砂粒，粒度为500-550 μ m,喷砂机喷嘴出口压力为0. 6-0. 7MPa,喷嘴距制品距离为25-30 mm。对经过表面除油和喷砂处理的铝合金制品进行热喷涂，热喷涂用原材料为 W18Cr4V或W6Mo5Cr4V2高速钢粉末，粉末粒度为30-50 μ m，热喷涂涂层的厚度为0. 2 mm -1. 5 mm。对热喷涂高速钢涂层的铝合金制品进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工在搅拌摩擦焊接设备上进行，搅拌摩擦加工时，搅拌头和高速钢涂层直接接触，搅拌头高速旋转，并在水平方向移动。所述热喷涂的方法包括氧-乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速火焰喷涂，热喷涂涂层的厚度为0. 2 mm -1. 5 mm。所述搅拌摩擦加工的搅拌头为无针搅拌头，搅拌头的直径为Φ IOmm Φ30ιμ，转速为 IOOOrpm 3000rpm，移动速度为 10 mm /min 100 mm /min。实施例1复合高速钢耐磨层的制备基体材料铝合金。涂层粉末材料高速钢粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂层制备方法氧-乙炔火焰喷涂。涂层厚度0. 2 mm。搅拌摩擦加工工艺参数搅拌头直径为Φ 10 mm,转速为lOOOrpm，移动速度为20 mm /min。实施例2复合高速钢耐磨层的制备基体材料铝合金。涂层粉末材料高速钢粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂层制备方法等离子喷涂。涂层厚度0. 5 mm。搅拌摩擦加工工艺参数搅拌头直径为Φ 15 mm,转速为1500rpm，移动速度为30 mm /min。实施例3复合高速钢耐磨层的制备备基体材料铝合金。涂层粉末材料高速钢粉末。粉末粒度20 μ m-50 μ m。涂层制备方法超音速火焰喷涂。涂层厚度1. O mm。搅拌摩擦加工工艺参数搅拌头直径为Φ 30 mm,转速为2000rpm，移动速度为40 mm /min。
权利要求
1.一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，包括以下步骤(a)铝合金表面除油和喷砂处理除油采用3-4%NaCl水溶液浸泡10-20分钟，再用清水清洗；喷砂采用棕色氧化铝砂粒， 粒度为500-550 μ m,喷砂机喷嘴出口压力为0. 6-0. 7MPa，喷嘴距制品距离为25-30 mm ；(b)铝合金表面热喷涂高速钢涂层对经过表面除油和喷砂处理的铝合金制品进行热喷涂，热喷涂用原材料为高速钢粉末，粉末粒度为30-50μπι ；(c)涂层搅拌摩擦加工对热喷涂高速钢涂层的铝合金制品进行搅拌摩擦加工，搅拌摩擦加工在搅拌摩擦焊接设备上进行，搅拌摩擦加工时，搅拌头和高速钢涂层直接接触，搅拌头高速旋转，并在水平方向移动。
2.根据权利要求1所述的铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，其特征在于所述热喷涂的方法包括氧-乙炔火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂、超音速火焰喷涂，热喷涂涂层的厚度为0.2 mm-1.5 mm。
3.根据权利要求1所述的铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，其特征在于 所述搅拌摩擦加工的搅拌头为无针搅拌头，搅拌头的直径为Φ 10 mm φ 30 mm，转速为 IOOOrpm 3000rpm，移动速度为 10 腿 /min 100 腿 /min。
全文摘要
本发明涉及一种铝合金表面复合高速钢耐磨层的制备方法，首先，在铝合金表面热喷涂0.2mm-1.5mm厚度的高速钢涂层，然后通过搅拌摩擦加工，使热喷涂的高速钢涂层均匀镶嵌、熔合在铝合金表面层中，形成一层良好的耐磨层，涂层和基体间产生冶金结合。本发明通过搅拌摩擦加工，使热喷涂涂层均匀镶嵌、熔合在铝合金表面层中，形成一层良好的耐磨层，涂层和基体间产生冶金结合。本发明获得的高速钢耐磨层硬度＞520HV，结合强度＞70MPa。
文档编号C23C4/06GK102284786SQ20111020009
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者周小平, 胡心彬 申请人:湖北工业大学