一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法

文档序号:3432457阅读:357来源:国知局
专利名称:一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法
技术领域
本发明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,特别是提供了一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法,利用自蔓延熔铸技术在铝合金表面涂敷Fe(Ni)-Al系金属间化合物涂层。
背景技术
铝合金是工业用量最大的有色金属材料,它具有比重轻,储量丰富,耐腐蚀性好的特点,广泛的应用于航空、航天、动力机械等方面,然而相对于钢铁材料,铝合金硬度低,耐磨性差,限制了铝合金的进一步应用。目前铝合金表面强化的方法主要有激光表面熔敷,热喷涂等,这些方法都存在生产周期长,工艺复杂,成本高或者对设备要求高等缺点。另外,由于铝合金的熔点仅有660℃,在其上熔覆高于熔点的合金会出现坍塌稀释率高等问题,要得到高质量的熔覆层十分困难,再加上铝表面有一层具有2477℃熔点的致密的氧化膜,使界面的冶金结合形成更加困难。
铁铝金属间化合物具有低成本、较低的密度和显著的抗高温硫化、抗氧化力,以及高硬度和优异的抗腐蚀性能。目前铁铝金属间化合物的生产方法主要包括熔铸法和粉末冶金方法。
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,缩写SHS),是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。利用自蔓延反应混合物在燃烧合成过程时产生的高温超过产物熔点,形成熔体,采用冶金工艺处理熔体,可得到铸件、涂层,或者完成焊接,这种方法称为SHS冶金。自蔓延熔铸是自蔓延冶金的一种形式。在自蔓延反应中加入过量的Al即可生成Fe-Al金属间化合物。

发明内容
本发明的目的在于提供一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法,采用自蔓延离心熔铸法制备Fe(Ni)-Al金属间化合物涂层。实现了工艺简单,涂层与基体形成冶金结合,结合强度高。
本发明采用反应,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Al2O3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Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3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。同时由于自蔓延反应迅速,时间短,基体不会产生熔塌等不良现象。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。具体工艺如下1、将Fe2O3粉和铝粉混和,球磨2~3小时,其中铝粉占混和粉总质量的31~40%。
2、可以用Ni2O3粉代替Fe2O3粉,以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
3、将球磨后的混和粉末堆敷在铝基体表面,控制反应原料的离心加速度在500~5000m/s2。
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。经观察分析可以在铝基体表面形成1~5mm的金属间化合物涂层。
本发明的优点在于工艺简单,涂层与基体形成冶金结合,结合强度高。涂层厚度可控。涂层硬度均匀,维氏硬度HV0.3可达4.66GPa。


图1为本发明采用轴向离心法为铝管涂敷耐磨涂层反应前的示意图。铝基体1、氧化铁粉、铝粉的混合物2、用于点燃的钨丝3。
图2为本发明采用轴向离心法为铝管涂敷耐磨涂层反应结束后的示意图。其中,生成的金属间化合物涂层4、氧化铝层5。
图3为本发明为铝板涂敷耐磨涂层反应前的示意图。
图4为本发明为铝板涂敷耐磨涂层反应结束后的示意图。
图5是涂层与基体的结合处的扫描电镜背反射照片。黑色为铝基体,白色为铁铝金属间化合物涂层,灰色为富铝的铁铝金属间化合物。
具体实施例方式
实施例1反应原料氧化铁粉320g,铝粉144g,混合均匀后装入要涂敷的铝管中,铝管尺寸为Φ74mm,壁厚4mm,长200mm。圆管装卡在离心机上,开动离心机,转速1110转/分(反应原料的离心加速度为500m/s2),用钨丝点燃物料,在离心力下发生燃烧反应,放出巨大的热量,冷却后去除表面的氧化铝层,即可得到以Fe3Al粉为主相的金属间化合物涂层。
实施例2反应原料氧化铁粉32g,铝粉21.6g,混合均匀。铝板长40mm,宽40mm,厚5mm,装入石墨型腔中,石墨型腔装卡在离心机上,型腔底部距离心机圆心20cm,开动离心机,转速1000转/分(反应原料的离心加速度为2240m/s2),用钨丝点燃物料,在离心力下发生燃烧反应,放出巨大的热量,冷却后去除表面的氧化铝层,即可得到以FeAl为主相的金属间化合物涂层。
实施例3反应原料氧化铁粉320g,铝粉180g,混合均匀后装入要涂敷的铝管中,铝管尺寸为Φ74mm,壁厚4mm,长200mm。圆管装卡在离心机上,开动离心机,转速3600转/分(反应原料的离心加速度为4975m/s2),用钨丝点燃物料,在离心力下发生燃烧反应,放出巨大的热量,冷却后去除表面的氧化铝层,即可得到以Fe3Al和FeAl为主相的金属间化合物涂层。
权利要求
1.一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法,采用反应,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Al2O3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得到金属间化合物涂层;工艺为a、将Fe2O3粉和铝粉混和,球磨2~3小时,其中铝粉占混和粉总质量的31~40%;b、将球磨后的混和粉末堆敷在铝基体表面,控制反应原料的离心加速度在500~5000m/s2。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于用Ni2O3粉代替Fe2O3粉,以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
全文摘要
一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法,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Fe
文档编号C01F7/02GK1844453SQ20061001181
公开日2006年10月11日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者郭志猛, 高峰, 郝俊杰, 隋延安 申请人:北京科技大学
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