專利名稱：高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的制備方法，特別是鋁基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)際應(yīng)用中，許多工件只需要提高工件表面的耐磨性能即可提高工件整體的耐磨性能。因此，如果僅在工件表面形成表面復(fù)合材料層，就可以保持工件整體韌性不降低的同時(shí)提高表面耐磨層的硬度和耐磨性能，從而提高工件的服役壽命?，F(xiàn)有的表面復(fù)合材料制備技術(shù)，像激光熔化處理，高能電子束輻射等均涉及到表面層的融化，這不僅導(dǎo)致形成粗大鑄造組織，還可能引入凝固缺陷，降低了表面復(fù)合材料層的性能。攪拌摩擦加工可在固態(tài)下制備表面復(fù)合材料，但其制備的表面復(fù)合材料層與基體無(wú)平緩過(guò)渡區(qū)，在使用過(guò)程中復(fù)合材料層與基體結(jié)合處產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易萌生疲勞裂紋， 降低了工件使用壽命。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、與載體結(jié)合良好、表面復(fù)合材料層不易剝落的高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法。本發(fā)明主要是采用底部平整的沖擊頭對(duì)涂有帶碳化硅顆粒的鋁合金板進(jìn)行高速?zèng)_擊，制備表面鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
1、對(duì)待加工的鋁合金板表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理。2、選用乙醇含量為30-60%的水溶液為碳化硅粉體的分散劑，內(nèi)加體積分?jǐn)?shù)為 40-60%的0. 5-3. 5微米的碳化硅粒子，經(jīng)1000W以上功率的超聲波攪拌器攪拌20分鐘以上，制成分散均勻的懸浮液。粒子尺寸減小至微米量級(jí)后會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，不易分散，因此需要分散劑將其分散，才能均勻的涂于合金板表面。3、將上述懸浮液均勻地涂覆在經(jīng)過(guò)處理的鋁合金板表面，用量以平鋪不至于流淌為宜。4、待上述鋁合金板干燥后，采用底部平整的沖擊頭高速?zèng)_擊分布有碳化硅顆粒的鋁合金板。高速?zèng)_擊在空氣中進(jìn)行，空氣相對(duì)濕度低于60%。最好沖擊頭選用高速鋼材質(zhì)， 沖擊頭底部形狀最好是方形或圓形，截面積不低于300 mm2，沖擊速度為5-10 m/s，沖擊頻率為15-30 Hz,沖擊接觸壓力為200-500 MPa，沖擊頭橫向運(yùn)行速度10-50 mm/min。沖擊接觸壓力為200-500 MPa時(shí)，被沖擊鋁合金合金表面可發(fā)生塑性變形，這樣才可獲得理想的表面復(fù)合材料層。沖擊頭橫向運(yùn)行速度指沖擊頭高速反復(fù)沖擊鋁合金合金板的同時(shí)，以 10-50 mm/min的速度平行于板面移動(dòng)，這樣可以制備出大面積的表面復(fù)合材料層，并且在此運(yùn)行速度范圍內(nèi)，表面較平整。5、高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)上述鋁合金板進(jìn)行清洗、干燥處理，再進(jìn)行變形量為 3-10%的冷軋，獲得平整表面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，不需要高能激光或電子束輻射預(yù)熱，成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。2、本發(fā)明采用固態(tài)加工，材料不需要熔化，避免了表面出現(xiàn)降低力學(xué)性能的凝固組織，保證了表面層的良好性能。3、本發(fā)明制備的表面復(fù)合材料層，從表面至基體，碳化硅顆粒密度平緩過(guò)度，與鋁合金載體結(jié)合良好，服役過(guò)程中表面復(fù)合材料層不易剝落。
3
4、帶有表面復(fù)合材料層的鋁合金比相同牌號(hào)鋁合金在同等實(shí)驗(yàn)條件下磨損量下降了 50%以上。


圖1為本發(fā)明制備方法示意簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式在圖1所示的一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法示意簡(jiǎn)圖中，涂有碳化硅顆粒的鋁合金合金板1上面設(shè)有沖擊頭2，該沖擊頭為直徑Φ20πιπι的高速工具鋼 (W18Cr4V)沖擊頭。實(shí)施例1
選用厚度為6mm的6063鋁合金板材，制備前對(duì)合金板表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理。 選用乙醇含量為50%的水溶液，內(nèi)加體積分?jǐn)?shù)為50%的2. 5微米的碳化硅粒子，經(jīng)1500W 功率的超聲波攪拌器攪拌25分鐘，制成懸浮液。將上述懸浮液均勻的涂覆在上述合金板表面，用量以平鋪不至于流淌為宜，待干燥后，在空氣相對(duì)濕度50%的環(huán)境下，采用底部平整、 截面尺寸為Φ40 mm的高速工具鋼(W18Cr4V)沖擊頭，高速?zèng)_擊上述鋁合金板，沖擊速度為 8 m/s，沖擊頻率為25 Hz,沖擊接觸壓力為300 MPa，沖擊頭橫向運(yùn)行速度為25 mm/min。 高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)上述鋁合金板進(jìn)行清洗、干燥處理，再進(jìn)行變形量為8%的冷軋，獲得平整表面。所得表面復(fù)合材料層厚度約為30微米，表面微觀硬度達(dá)到228 Hv, 6063鋁合金的微觀硬度為120 Ην。在銷盤型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)表明帶有表面復(fù)合材料層的6063鋁合金比普通6063鋁合金磨損量下降了 64%。實(shí)施例2:
選用厚度為5mm的5083鋁合金板材，制備前對(duì)合金板表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理。 選用乙醇含量為60%的水溶液，內(nèi)加體積分?jǐn)?shù)為60%的3. 5微米的碳化硅粒子，經(jīng)1000W 功率的超聲波攪拌器攪拌20分鐘，制成懸浮液。將上述懸浮液均勻的涂覆在上述合金板表面，用量以平鋪不至于流淌為宜，待干燥后，在空氣相對(duì)濕度52%的環(huán)境下，采用底部平整、 截面尺寸為18X18 mm的高速工具鋼(W6Mo5Cr4V2)沖擊頭，高速?zèng)_擊上述鋁合金板，沖擊速度為10 m/s，沖擊頻率為30 Hz,沖擊接觸壓力為200 MPa，沖擊頭橫向運(yùn)行速度為10 mm/min。高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)上述鋁合金板進(jìn)行清洗、干燥處理，再進(jìn)行變形量為10% 的冷軋，獲得平整表面。所得表面復(fù)合材料層厚度約為50微米，表面微觀硬度達(dá)到184 Hv, 5083鋁合金的微觀硬度為95 Hv，在銷盤型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)表明帶有表面復(fù)合材料層的5083鋁合金比普通5083鋁合金磨損量下降了 71%。實(shí)施例3:
選用厚度為8mm的7075鋁合金板材，制備前對(duì)合金板表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理。 選用乙醇含量為30%的水溶液，內(nèi)加體積分?jǐn)?shù)為40%的0. 5微米的碳化硅粒子，經(jīng)2000W 功率的超聲波攪拌器攪拌30分鐘，制成懸浮液。將上述懸浮液均勻的涂覆在上述合金板表面，用量以平鋪不至于流淌為宜，待干燥后，在空氣相對(duì)濕度48%的環(huán)境下，采用底部平整、截面尺寸為30X30 mm的高速工具鋼(W9Mo3Cr4V)沖擊頭，高速?zèng)_擊上述鋁合金板，沖擊速度為5m/s，沖擊頻率為15 Hz,沖擊接觸壓力為500 MPa，沖擊頭橫向運(yùn)行速度為50mm/min。高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)上述鋁合金板進(jìn)行清洗、干燥處理，再進(jìn)行變形量為3%的冷軋，獲得平整表面。所得表面復(fù)合材料層厚度約為10微米，表面微觀硬度達(dá)到觀6 Hv, 7075鋁合金的微觀硬度為155 Hv0在銷盤型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的滑動(dòng)摩擦實(shí)驗(yàn)表明帶有表面復(fù)合材料層的7075鋁合金比普通7075鋁合金磨損量下降了 M%。
權(quán)利要求
1.一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法，其特征在于(1)對(duì)待加工的鋁合金板表面進(jìn)行打磨、清洗、干燥處理；(2)選用乙醇含量為30-60%的水溶液，內(nèi)加體積分?jǐn)?shù)為40-60%的0.5-3. 5微米的碳化硅粒子，經(jīng)1000W以上功率的超聲波攪拌器攪拌20分鐘以上，制成懸浮液；(3)將上述懸浮液均勻地涂覆在上述鋁合金板表面，用量以平鋪不至于流淌為宜；(4)待上述鋁合金板干燥后，在相對(duì)濕度低于60%的空氣中，采用底部平整的沖擊頭高速?zèng)_擊上述鋁合金板，沖擊速度為5-10 m/s，沖擊頻率為15-30 Hz,沖擊接觸壓力為 200-500 MPa，沖擊頭橫向運(yùn)行速度為10-50 mm/min ；(5)高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)上述鋁合金板進(jìn)行清洗、干燥處理，再進(jìn)行變形量為3-10% 的冷軋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法，其特征在于沖擊頭采用高速鋼材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法，其特征在于沖擊頭底部截面積不低于300 mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法，其特征在于沖擊頭底部形狀可以為方形或圓形。
全文摘要
一種高速反復(fù)重?fù)糁苽浔砻驿X基復(fù)合材料的方法，其主要是把分散有碳化硅顆粒的懸浮液均勻地涂覆在清潔的鋁合金板表面，待鋁合金板干燥后，采用底部平整的沖擊頭高速反復(fù)沖擊該鋁合金板，沖擊速度為5-10m/s，沖擊頻率為15-30Hz,沖擊接觸壓力為200-500MPa，橫向運(yùn)行速度為10-50mm/min。高速反復(fù)重?fù)艚Y(jié)束后，對(duì)鋁板進(jìn)行變形量為3-10%的冷軋，獲得平整表面。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低，無(wú)污染，所獲得的表面復(fù)合材料層的厚度為10-50微米，從表面至基體，碳化硅顆粒密度平緩過(guò)度，與鋁合金合金載體結(jié)合良好，服役過(guò)程中表面復(fù)合材料層不易剝落。
文檔編號(hào)C23C24/04GK102212819SQ20111013991
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉峰超, 張明, 張福成 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)