一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法技术

本发明专利技术一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30‑60min，频率为200Hz，占空比为40‑60％。该方法通过热浸镀铝技术以及微弧氧化技术相结合的方式在高磷铸铁表面形成一层较厚的耐磨陶瓷层，且涂层与基体结合为冶金结合，结合力好，显著提高高磷铸铁的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法
本专利技术涉及一种高磷铸铁表面防护与耐磨处理的新技术，尤其涉及高磷铸铁材料表面制备耐磨陶瓷层的方法。
技术介绍
近年来，快速发展的运输业已经成为国家经济的支柱产业之一。在运输业中，重型汽车承担着主要的运输任务。其中重型汽车发动机作为关键部件必须在高速运行状态下稳定可靠地工作，因此对发动机内部部件的性能提出了更高的要求。气门导管作为一个重要的部件，需要在高速的运动下保持稳定，因此对其耐磨性的要求较高。传统方法采用高磷铸铁材料(磷含量高于磷在铸铁中的溶解度时，会生成磷共晶，磷共晶会提高铸铁的耐磨性能)，但是逐渐的已不能满足时代的发展。因此需要考虑对其表面改性来提高材料的耐磨性能。常见方法包括热喷涂、表面热处理、粉末包埋和微弧氧化等。热喷涂方法制备的涂层与基体之间的结合为物理结合，易脱落。由于表面热处理过程，铸铁中的石墨会被氧化，所以表面热处理不适合铸铁。粉末包埋工艺相对复杂，成功率低，所以成本高，不适合工业生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法通过热浸镀铝技术以及微弧氧化技术相结合的方式在高磷铸铁表面形成一层较厚的耐磨陶瓷层，且涂层与基体结合为冶金结合，结合力好，显著提高高磷铸铁的耐磨性，工艺过程相对简单，成本率高，适合工业生产。同时，涂层也很好地保护铸铁中的石墨。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：镀铝温度为710-770℃，浸镀时间为1-5min，助镀剂采用质量分数为7-10％的KF和质量分数为5-8％的NaCl水溶液，助镀温度为95-100℃，时间为2-5min。(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30-60min，频率为200Hz，占空比为40-60％；电解液为将硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾按照质量比例为5：3：2溶解于蒸馏水中制得的水溶液。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术制备涂层的对象是高磷铸铁，目的是提高高磷铸铁耐磨性能，先对高磷铸铁工件进行热浸镀铝处理，再对工件进行微弧氧化，严格控制微弧氧化过程中的工艺参数，实现了将高磷铸铁与氧化陶瓷结合于一体的目的，不仅保留了高磷铸铁材料的优势，同时将陶瓷的高硬度，高耐磨性的优势应用在了此项专利技术中；同时，此项专利技术工艺简单，操作方便，环保无污染，适应社会发展的潮流。这里的微弧氧化电解液中优选加入纳米BN和乙醇配置的分散液，在微弧氧化过程中，纳米BN主要通过与熔融氧化铝固溶以及弥散沉积在膜层孔洞和裂纹的方式进入陶瓷层，进而生成含纳米BN颗粒的复合陶瓷层，显著提高其耐磨性。此外，需要严格控制本专利技术方法中热浸镀铝温度，由于纯铝的熔点为670℃左右，在稍高于熔点的温度(710℃)铝液的流动性较差，粘性大，铝原子的扩散能力较弱，合金较薄，对铝液的粘附作用较差。730℃铝层厚度最大，当温度继续增加，合金层对铝层厚度的限制已经消失，温度的增加铝液的流动性增强，粘性下降，在提拉过程中，铝液回流到坩埚，进而导致铝层厚度下降。本专利技术优选浸镀时间3min，在这个时间下，铝层厚度增加速度达到最大，随着时间的增加，镀铝层厚度会增加，但增加速度会降低，这是由于当镀铝层厚度达到一定值时，铝液对基体的粘附作用开始下降，再将镀铝件提出铝液时，带出的铝液会回流到铝液中。微弧氧化时间决定氧化陶瓷层厚度和质量，进而影响耐磨性能，所以需要严格控制本专利技术方法中微弧氧化时间。本专利技术方法采用热浸镀铝和微弧氧化相结合的方法能在高磷铸铁表面制备一层较厚的含纳米BN颗粒的复合氧化陶瓷层。经过摩擦磨损实验之后，含纳米BN颗粒的复合氧化陶瓷层的磨损率为0.852×10-4mm3/(N×m)，而未含纳米BN颗粒的氧化陶瓷层的磨损率为1.25×10-4mm3/(N×m)，高磷铸铁的磨损率为3.22×10-4mm3/(N×m)。在相同的磨损条件下，含纳米BN颗粒的复合氧化陶瓷层的磨损率最低。所以本申请方法显著提高了高磷铸铁的耐磨性能，且涂层与基体结合为冶金结合，结合力好。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1为磨损率示意图。具体实施方式本专利技术在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：酸洗处理，采用浓度为40％的盐酸溶液，酸洗时间为4min；热浸镀铝成分为工业纯铝(纯度＞99.7％)，镀铝设备为井式电阻炉，镀铝温度为710-770℃，浸镀时间为1-5min，助镀剂采用质量分数为7-10％的KF和质量分数为5-8％的NaCl水溶液，助镀温度为95-100℃，时间为2-5min；(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗10min后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30-60min，频率为200Hz，占空比为40-60％；电解液为将硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾按照质量比例为5：3：2溶解于蒸馏水中制得的水溶液。在微弧氧化处理过程中所述电解液中还加入了纳米BN和乙醇配置的分散液。所述分散液浓度为40-60g/mL。本专利技术中步骤(1)中的预处理的过程是指先进行除油除锈处理，然后进行打磨抛光并在酒精中超声清洗10min，最后烘干待用。本专利技术中两次抛光处理，保证工件及铝层表面没有缺陷。本专利技术中优选镀铝温度为730℃，浸镀时间为3min。微弧氧化时的电解液为2g/L氢氧化钾、3g/L六偏磷酸钠、5g/L硅酸钠组成的水溶液；分散液浓度为50g/mL；微弧氧化处理温度为25±10℃。实施例1本实施例一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，采用交流脉冲电源，以镀铝铸铁为阳极，钢板为阴极，具体步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：酸洗处理，采用浓度为40％的盐酸溶液，酸洗时间为4min；热浸镀铝成分为工业纯铝(纯度＞99.7％)，镀铝设备为井式电阻炉，镀铝温度为730℃，浸镀时间为3min，助镀剂采用质量分数为8％的KF和质量分数为6％的NaCl水溶液，助镀温度为98℃，时间为3min。(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗10min后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：镀铝温度为710‑770℃，浸镀时间为1‑5min，助镀剂采用质量分数为7‑10％的KF和质量分数为5‑8％的NaCl水溶液，助镀温度为95‑100℃，时间为2‑5min；(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30‑60min，频率为200Hz，占空比为40‑60％；电解液为将硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾按照质量比例为5：3：2溶解于蒸馏水中制得的水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：镀铝温度为710-770℃，浸镀时间为1-5min，助镀剂采用质量分数为7-10％的KF和质量分数为5-8％的NaCl水溶液，助镀温度为95-100℃，时间为2-5min；(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30-6...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞娜，张余，杜安，范永哲，赵雪，曹晓明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12