專利名稱:一種在鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于自蔓延高溫合成技術(shù)制備金屬間化合物涂層的技術(shù)領(lǐng)域,特別是提供了一種在鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法,利用自蔓延熔鑄技術(shù)在鋁合金表面涂敷Fe(Ni)-Al系金屬間化合物涂層。
背景技術(shù):
鋁合金是工業(yè)用量最大的有色金屬材料,它具有比重輕,儲(chǔ)量豐富,耐腐蝕性好的特點(diǎn),廣泛的應(yīng)用于航空、航天、動(dòng)力機(jī)械等方面,然而相對(duì)于鋼鐵材料,鋁合金硬度低,耐磨性差,限制了鋁合金的進(jìn)一步應(yīng)用。目前鋁合金表面強(qiáng)化的方法主要有激光表面熔敷,熱噴涂等,這些方法都存在生產(chǎn)周期長(zhǎng),工藝復(fù)雜,成本高或者對(duì)設(shè)備要求高等缺點(diǎn)。另外,由于鋁合金的熔點(diǎn)僅有660℃,在其上熔覆高于熔點(diǎn)的合金會(huì)出現(xiàn)坍塌稀釋率高等問題,要得到高質(zhì)量的熔覆層十分困難,再加上鋁表面有一層具有2477℃熔點(diǎn)的致密的氧化膜,使界面的冶金結(jié)合形成更加困難。
鐵鋁金屬間化合物具有低成本、較低的密度和顯著的抗高溫硫化、抗氧化力,以及高硬度和優(yōu)異的抗腐蝕性能。目前鐵鋁金屬間化合物的生產(chǎn)方法主要包括熔鑄法和粉末冶金方法。
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,縮寫SHS),是利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱制備材料的新技術(shù)。利用自蔓延反應(yīng)混合物在燃燒合成過程時(shí)產(chǎn)生的高溫超過產(chǎn)物熔點(diǎn),形成熔體,采用冶金工藝處理熔體,可得到鑄件、涂層,或者完成焊接,這種方法稱為SHS冶金。自蔓延熔鑄是自蔓延冶金的一種形式。在自蔓延反應(yīng)中加入過量的Al即可生成Fe-Al金屬間化合物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法,采用自蔓延離心熔鑄法制備Fe(Ni)-Al金屬間化合物涂層。實(shí)現(xiàn)了工藝簡(jiǎn)單,涂層與基體形成冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度高。
本發(fā)明采用反應(yīng),反應(yīng)放出巨大的熱量,產(chǎn)物為熔融態(tài),在離心力的作用下,液態(tài)的Fe和Al2O3分離,在反應(yīng)原料中加入過量的鋁,Al就會(huì)和Fe生成鐵鋁金屬間化合物。同時(shí)自蔓延反應(yīng)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3放出的熱量會(huì)使鋁表面的氧化膜熔解,使得鐵鋁金屬間化合物很容易與鋁基體形成冶金結(jié)合。同時(shí)由于自蔓延反應(yīng)迅速,時(shí)間短,基體不會(huì)產(chǎn)生熔塌等不良現(xiàn)象。反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層即可得到金屬間化合物涂層。具體工藝如下1、將Fe2O3粉和鋁粉混和,球磨2~3小時(shí),其中鋁粉占混和粉總質(zhì)量的31~40%。
2、可以用Ni2O3粉代替Fe2O3粉,以形成Ni-Al金屬間化合物涂層。
3、將球磨后的混和粉末堆敷在鋁基體表面,控制反應(yīng)原料的離心加速度在500~5000m/s2。
反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層即可得到金屬間化合物涂層。經(jīng)觀察分析可以在鋁基體表面形成1~5mm的金屬間化合物涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單,涂層與基體形成冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度高。涂層厚度可控。涂層硬度均勻,維氏硬度HV0.3可達(dá)4.66GPa。
圖1為本發(fā)明采用軸向離心法為鋁管涂敷耐磨涂層反應(yīng)前的示意圖。鋁基體1、氧化鐵粉、鋁粉的混合物2、用于點(diǎn)燃的鎢絲3。
圖2為本發(fā)明采用軸向離心法為鋁管涂敷耐磨涂層反應(yīng)結(jié)束后的示意圖。其中,生成的金屬間化合物涂層4、氧化鋁層5。
圖3為本發(fā)明為鋁板涂敷耐磨涂層反應(yīng)前的示意圖。
圖4為本發(fā)明為鋁板涂敷耐磨涂層反應(yīng)結(jié)束后的示意圖。
圖5是涂層與基體的結(jié)合處的掃描電鏡背反射照片。黑色為鋁基體,白色為鐵鋁金屬間化合物涂層,灰色為富鋁的鐵鋁金屬間化合物。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1反應(yīng)原料氧化鐵粉320g,鋁粉144g,混合均勻后裝入要涂敷的鋁管中,鋁管尺寸為Φ74mm,壁厚4mm,長(zhǎng)200mm。圓管裝卡在離心機(jī)上,開動(dòng)離心機(jī),轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為500m/s2),用鎢絲點(diǎn)燃物料,在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng),放出巨大的熱量,冷卻后去除表面的氧化鋁層,即可得到以Fe3Al粉為主相的金屬間化合物涂層。
實(shí)施例2反應(yīng)原料氧化鐵粉32g,鋁粉21.6g,混合均勻。鋁板長(zhǎng)40mm,寬40mm,厚5mm,裝入石墨型腔中,石墨型腔裝卡在離心機(jī)上,型腔底部距離心機(jī)圓心20cm,開動(dòng)離心機(jī),轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為2240m/s2),用鎢絲點(diǎn)燃物料,在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng),放出巨大的熱量,冷卻后去除表面的氧化鋁層,即可得到以FeAl為主相的金屬間化合物涂層。
實(shí)施例3反應(yīng)原料氧化鐵粉320g,鋁粉180g,混合均勻后裝入要涂敷的鋁管中,鋁管尺寸為Φ74mm,壁厚4mm,長(zhǎng)200mm。圓管裝卡在離心機(jī)上,開動(dòng)離心機(jī),轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為4975m/s2),用鎢絲點(diǎn)燃物料,在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng),放出巨大的熱量,冷卻后去除表面的氧化鋁層,即可得到以Fe3Al和FeAl為主相的金屬間化合物涂層。
權(quán)利要求
1.一種在鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法,采用反應(yīng),反應(yīng)放出巨大的熱量,產(chǎn)物為熔融態(tài),在離心力的作用下,液態(tài)的Fe和Al2O3分離,在反應(yīng)原料中加入過量的鋁,Al就會(huì)和Fe生成鐵鋁金屬間化合物,同時(shí)自蔓延反應(yīng)放出的熱量會(huì)使鋁表面的氧化膜熔解,使得鐵鋁金屬間化合物很容易與鋁基體形成冶金結(jié)合,反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層得到金屬間化合物涂層;工藝為a、將Fe2O3粉和鋁粉混和,球磨2~3小時(shí),其中鋁粉占混和粉總質(zhì)量的31~40%;b、將球磨后的混和粉末堆敷在鋁基體表面,控制反應(yīng)原料的離心加速度在500~5000m/s2。
2.按照權(quán)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金屬間化合物涂層。
全文摘要
一種在鋁合金表面涂敷耐磨涂層的方法,屬于自蔓延高溫合成技術(shù)制備金屬間化合物涂層的技術(shù)領(lǐng)域。采用反應(yīng)Fe
文檔編號(hào)C01F7/02GK1844453SQ20061001181
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者郭志猛, 高峰, 郝俊杰, 隋延安 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)