一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法

本发明属于高能束表面改性，具体涉及一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法。

背景技术：

1、铝合金( 包括铝基复合材料) 由于具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等诸多优异性能, 在光学精密仪器、惯性器件、发动机活塞、直升机起落架、导弹壳体、导弹镶嵌结构等方面取得了成功应用。但是，铝合金也存在着诸多缺点，如：硬度较低易产生塑性变形；摩擦因数高、磨损大，容易拉伤；难以润滑导致铝合金耐磨性差等，很大程度上限制了铝合金的发展应用。表面强化是改善铝合金性能的有效方法，传统的铝合金表面强化方法包括阳极氧化法、铬酸盐化学氧化法、物理气相沉积、化学气相沉积以及电镀法等。然而，这些方法获得的强化层较薄，强化层与基体结合强度较差， 且各种方法还存在各自的弊端，如阳极氧化法难于形成连续的氧化膜，铬酸盐的毒性严重污染环境和危害人类健康。

2、电子束真空蒸镀作为新型的高能束物理气相沉积方法，既环保又高效可行，工艺条件也比较容易实现。电子束表面改性技术作为新型的高能束处理材料表面技术，具有能量利用率高达90%以上、提升效果显著等优点，在实际生产中有广阔前景。因此本专利提出一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，不仅可以提升试块的耐腐蚀性能，还能提升高铝合金表面硬度，并将机理研究与实验结论应用于其他金属材料的表面改性中，拓展高能束蒸镀材料表面加工领域。

技术实现思路

1、本发明的目的是：本发明对6061铝合金工件进行铣削切割、砂纸打磨，用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的试块和铜靶材进行清洗，最后通过电子束蒸镀处理得到试样成品。本发明不仅可提高试块表面耐腐蚀性能，还能提升高铝合金表面硬度，具有极好的实际应用场景。

2、为解决上诉问题，本发明所采用的技术方案是：一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，包括诸多步骤。

3、1、一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，包括诸多步骤。

4、步骤1：前处理，对切割后的试块工件进行铣削加工处理并用800目砂纸打磨，然后用丙酮和无水乙醇溶剂对铣削后的工件和铜靶材进行清洗,去除表面油污与杂质，再用超声波清洗机清洗干净后风干。

5、步骤1结束后进行步骤2。

6、步骤2：电子束蒸镀处理，将精加工处理及清洗后的工件和铜靶材放置于电子束机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和真空蒸镀加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33×〖10〗^(-3)pa,加工室真空度为3×〖10〗^(-3)pa。设定电子束蒸镀机工艺参数，电子束流加速电压为60kv，电子束聚焦电流为390ma,电子束加热束流为：20 ma ，电子枪移动速度为：3 mm/s、，电子束束斑直径为2mm，蒸镀时间125s，得到表面具有铜镀膜的铝合金试块。

7、步骤2结束后进行步骤3。

8、步骤3：电子束处理，将蒸镀得到的铝合金试块放置于电子束机的热加工室内，用扩散泵串联罗茨泵对电子枪室和真空加工室进行抽真空，使得电子枪室真空度为1.33×〖10〗^(-3)pa,加工室真空度为5×〖10〗^(-2)pa。设定电子束机工艺参数，电子束流加速电压为60kv，电子束聚焦电流为390ma, 电子束加工束流为20ma、25ma、30ma,电子枪移动速度为5 mm/s,电子束束斑直径为10mm。然后使用电子束对蒸镀处理后的试块进行表面处理，得到成品。

9、步骤4：组织与性能测试，利用quanta feg 450扫描电子显微镜观测试块组织，使用ne660电化学工作站测量试块的耐腐蚀性能，利用hdx-1000tm显微硬度计以0.981n载荷、30s加载时间来测量工件显微硬度。

10、2、根据权利要求1所述的一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，特征在于：步骤1前需进行切割处理，采用铣床将6061铝合金工件铣削成50mm×50mm×25mm的试块，工件表面需铣削精加工，使得工件表面粗糙度达到ra1.6以上，得到铣削后的试块，再利用800目砂纸进行打磨，除去表面加工痕迹。

11、3、根据权利要求1所述的一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，特征在于：步骤1所述的清洗溶剂主要成分为丙酮和无水乙醇，然后使用超声波清洗机清洗，风干。

12、与现有技术相比，本发明具有诸多有益效果。

13、1、本发明采用电子束蒸镀铜处理6061铝合金表面方式，在提高表面硬度的同时，还可以有效的提升试样表面耐腐蚀性能。本发明采用电子束蒸镀处理方式，使得铜靶材快速达到材料沸点，而后蒸发溅射，由物理气相沉积原理均匀附着在6061铝合金试块的表面，实现试块表面硬度、耐腐蚀性能整体提升。

14、2、本发明在连续电子束处理铜靶材时，电子束流作用于铜靶材表面短时间内产生大量热量把铜靶材快速融化蒸发；而电子束流的作用使铜原子沉积在6061铝合金表面，并在表面形成一层均匀的铜镀膜。蒸镀后，试块经过扫描电子束表面处理，使表面铜镀层与铝合金基体相熔，形成al与cu的合金相、金属间化合物，并细化表层晶粒。因此本发明可以实现6061铝合金表面耐腐蚀性能和表面硬度的提高。

15、3.本发明关于铝合金电子束蒸镀铜的过程是在真空加工室内进行，可保证加工过程环境无污染，避免铝合金、铜靶材与外界接触；同时能量传递介质为电子，具有能量转换高、作用效果好等特点。

16、4、本发明制备的6061铝合金基体表面腐蚀速率为5.928×10-5a/cm2，表面平均硬度为88.63hv；处理后表面腐蚀速率为1.168×10-5a/cm2，处理后试样表面耐腐蚀性能是基体的5倍左右；处理后表面硬度为：223.23hv，处理后试样表面硬度是基体的2.5倍。即经过本发明电子束蒸镀处理，6061铝合金试块表面耐腐蚀性、表面硬度能得到显著提升。

技术特征：

1.一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，特征在于：步骤2前需进行表面加工、打磨处理，采用铣床将6061铝合金工件铣削成50mm×50mm×25mm的试块，工件表面需铣削精加工，使得工件表面粗糙度达到ra1.6以上，得到铣削后的试块，然后采用800目砂纸进行打磨，得到打磨后的试块。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，特征在于：步骤1所述的清洗溶剂主要成分为丙酮和无水乙醇，清洗结束后使用超声波清洗机清洗，风干。

技术总结
本发明公开一种铝合金电子束真空蒸镀复合表面强化的方法，具体方法包括以下步骤：步骤1：前处理，对铝合金试块工件表面进行铣削、打磨，然后用清洗剂对加工后的工件和蒸镀靶材进行清洗。步骤2：电子束真空蒸镀处理，用电子束流对蒸镀靶材进行加热使其蒸发。步骤3：电子束处理，用电子束流对铝合金镀层表面连续处理。步骤4：组织和性能测试，用扫描电子显微镜观察内部组织，通过电化学工作站检测其耐腐蚀性，显微硬度计测量硬度。即本发明公开的方法不仅能提升铝合金表面的耐腐蚀性能，还可以提高铝合金表面硬度，具有极好的应用前景。

技术研发人员：魏德强,贤锐华,李新凯
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13