一种铝及铝合金表面的涂层制备方法技术

本发明专利技术是一种表面涂层制备方法，用于铝及铝合金材料的表面强化和表面保护，其内容是将含有可溶性铬化物、金属、陶瓷、碳化物、硼化物以及其它材料固体微粒的浆液以刷、涂或喷涂等方式反复施加于铝及铝合金基体表面，然后在一定温度下加热处理，在基体表面上制备出具有一定的耐磨、耐蚀、耐热等性能特点的涂层。涂层与基体之间的结合为化学键结合。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种表面涂层制备方法，用于铝及铝合金材料的表面强化和表面保护，属机械工程表面强化处理
浆液涂层作为涂层制备技术的一种，主要内容就是通过对基体材料进行反复的化学涂覆和加热处理，使做为溶剂的化合物就地转化，经多次循环后在表面形成具有一定厚度的涂层。美国的Church在1973年发表的专利中以及在1974年发表的对其1973年的专利进行改进的另一项专利中，详细描述了一种陶瓷涂层技术，这项技术的主要内容就是通过对有孔高温陶瓷的基体材料进行反复的化学涂覆和加热处理，使做为溶剂的化合物就地转化，经多次循环后在表面形成具有一定厚度的涂层。Church在1976年发表的另一专利中对其1974年的专利进行了进一步的改进，将可处理的基体材料的范围扩大到表面具有或能形成氧化层的其它材料的基体。在其专利中所介绍的对铝基体的表面处理，最高温度为537℃(900°F)，如此高的处理温度必然会造成铝基体材料的性能改变以及在基体中产生较大的热变形。总的说来，这种方法的缺点是处理温度较高，而且所需的循环处理次数多达9次。本专利技术的目的是用比较低的处理温度和较少的循环次数，在铝及铝合金基体表面上制备出具有一定的耐磨、耐蚀、耐热等性能特点的涂层。本专利技术的主要内容就是将预先配制好的含有可溶性铬化物(三氧化铬、重铬酸铵等)、磷酸、氢氟酸的水溶液与金属(镍等)、陶瓷(氧化铬、氧化锆、氧化钛等)、碳化物(碳化硅、碳化钨等)、硼化物(硼化铬等)以及其它材料(氧化钴等)的固体微粒混合制成浆液，上述固体微粒的尺寸为微米或亚微米级，将浆液以刷、涂或喷涂等方式反复施加于铝及铝合金基体表面，并在一定的温度下加热处理，通过在一定温度下所发生的热化学反应，在铝及铝合金基体表面生成所需的涂层物质，浆液中添加的固体微粒弥散分布在其中，从而形成所需要的表面涂层。所形成的涂层与基体之间的结合通过化学反应所形成的新物质来实现，因而属于化学键结合。浆液循环涂层是一项系列技术，在浆液中加入不同的固体微粒可以获得不同的涂层性能。浆液循环涂层制备的具体方法和步骤如下一.配制浆液浆液配制分为两步，首先配制三氧化铬、重铬酸铵、磷酸、氢氟酸的水溶液，然后将金属、陶瓷、碳化物、硼化物以及其它材料的固体微粒与所配制的水溶液混合而制成浆液，具体配制过程如下1.配制溶液R按照下列配方先称取三氧化铬，再加入磷酸和适量的水，通过搅拌使三氧化铬完全溶解，然后加入氢氟酸并搅拌均匀，最后加入水补足余量;三氧化铬(CrO3) 20－40 g／1重铬酸铵(NH4)2Cr207) 10－25 g／1磷酸(H3PO4) 60－80 ml/1氢氟酸(HF)6－12ml/1水(H2O) 补足余量2.配制浆液S首先按一定的比例称取金属、陶瓷、碳化物、硼化物以及其它材料的固体微粒并充分混匀，然后加入前述第一步中所配制的溶液R，搅拌均匀，得到所需要的浆液。上述固体微粒的加入比例为氧化铬(Cr2O3) 100－200 g／1氧化锆(ZrO2) 50－300 g／1氧化钴(Co2O3) 10－50 g／1氧化钛(TiO2) 50－80 g／1碳化硅(SiC)0－150g／1碳化钨(WC)0－120g／1硼化铬(CrB)0－110g／1镍粉(Ni)0－40g／1溶液R补足余量二.涂层制备(工艺流程)1.用常规方法将铝或铝合金基体表面清洗干净，去除油污(可采用丙酮、无水乙醇等有机溶剂);2.将浆液以刷、涂或喷涂等方式均匀地施于基体表面，厚度不宜太大，一般每次喷涂浆液的厚度在15μm～25μm左右;3.将涂有浆液的铝或铝合金试件置于200℃的均匀温度环境中(大气压力)，保持时间视试件大小不同而异，试件较大者保持时间也较长，一般为20～30分钟;4.试件在空气中自然冷却至室温;5.重复步骤2～4，重复次数根据预先设计的涂层厚度而定，一般以3～5次为宜;6.将所形成的涂层表面加工至所需光洁度，建议采用抛光或用水砂纸加水打磨。用上述方法制备出的涂层，涂层与基体之间的结合为化学键结合，涂层厚度范围为10～100μm，涂层微观硬度为HV300～HV600，所制备出的涂层具备一定的耐磨、耐腐蚀、耐高温等性能。通过添加不同的固体微粒可以配制不同的浆液，从而获得不同的涂层性能。同目前国际上现有的同类技术相比，本技术具有处理温度低(最低处理温度仅为200℃，这使得处理过程中基体材料由于温度变化而引起的变形量较小)，循环处理次数少(最低循环处理次数为3次)的优点。本技术工艺简单，实施本技术不需复杂设备，可操作性强。本项技术既可应用于工业领域，也可用于铝及其合金的装饰和保护。实施例一一种适合于铝合金基体的浆液S-01的配方如下水溶液R01三氧化铬(CrO3) 28 g／1重铬酸铵(NH4)2Cr207) 15 g／1磷酸(H3PO4) 60 ml/1氢氟酸(HF)8ml/1水(H2O) 补足余量浆液S-01氧化铬(Cr2O3) 180 g／1氧化锆(ZrO2) 120 g／1氧化钴(Co2O3) 38 g／1氧化钛(TiO2) 50 g／1镍粉(Ni)34g／1水溶液R01补足余量涂层摩擦学性能测试结果第一组试验试件LY-12铝合金基体上以浆液S-01经三次循环处理制备出的涂层;涂层厚度45μm;涂层微观硬度HV400～HV420;对磨件材料Mo+NiCrBSi;对磨件材料微观硬度HV350;试验机SRV高温摩擦磨损试验机;试件为面接触，接触面积为1cm＾2;平均载荷4.0MPa;滑动速度0.04m/s;室温无润滑时的摩擦系数0.1～0.12，经20分钟试验后，表面可见轻微磨痕，经称重法测量，磨损量在5/10000克以内，未发现涂层表面有裂纹或剥离产生。第二组试验试件LY-12铝合金基体上以浆液S-01经三次循环处理制备出的涂层;涂层厚度45μm;涂层微观硬度HV400～HV420;对磨件材料Mo+NiCrBSi;对磨件材料微观硬度HV350;试验机SRV高温摩擦磨损试验机;试件为面接触，接触面积为1cm＾2;平均载荷3.3MPa;滑动速度0.12m/s;在油润滑状态下，在不同的环境温度下连续试验16分钟(50℃2分钟，100℃2分钟，200℃2分钟，300℃2分钟，400℃8分钟)，表面仅有轻微磨痕，经称重法测量，磨损量在3/10000克以内，未发现涂层表面有裂纹或剥离产生。涂层耐腐蚀性能测试结果试件LY-12铝合金基体上以浆液S-01经三次循环处理制备出的涂层;涂层厚度45μm;将表面制备有浆液涂层的试样分别置于5%硫酸、20%硫酸、5%硝酸、20%硝酸、5%氢氧化钠和20%氢氧化钠溶液中放置24小时，然后取出并用水冲洗干净。将试样放在显微镜下观察，未发现涂层表面有明显的腐蚀现象。涂层耐热震性能测试结果试件LY-12铝合金基体上以浆液S-01经三次循环处理制备出的涂层;涂层厚度45μm;将表面制备有浆液涂层的试样加热至300℃，然后快速放进25℃的水中，反复上述过程10次，未发现涂层表面有裂纹或剥离产生。实施例二一种适合于铝合金基体的浆液S-02的配方如下浆液S-02氧化铬(Cr2O3) 120 g／1氧化锆(ZrO2) 70 g／1氧化钴(Co2O3) 25 g／1氧化钛(TiO2) 50 g／1碳化钨(WC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝及铝合金表面的涂层制备方法，其特征是：ａ. 配制含有可溶性铬化物三氧化铬、重铬酸铵和磷酸、氢氟酸的水溶液；ｂ. 将金属（镍）、陶瓷（氧化铬、氧化锆、氧化钛等）、碳化物（碳化钨、碳化硅等）、硼化物（硼化铬等）以及其它材料（氧化钴等） 的固体微粒与上述水溶液均匀混合配制成浆液；ｃ. 将上述浆液以刷、涂或喷涂等方式涂覆于铝或铝合金表面上，在２００℃环境温度下加热处理，循环上述涂覆和加热处理过程，在基体表面形成涂层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵天敏，金元生，温诗铸，
申请(专利权)人：邵天敏，金元生，温诗铸，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]