一种低磨损率材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低磨损率材料，在铝合金基体内均匀分布有氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌混合物颗粒，铝合金基体表面分布有镍钴镀层和金刚石涂层，氮化钛、氧化镍的硬度高，显著提高材料的硬度及低磨损率性，氧化钛、二硒化铌可提高减摩性。表面的复合涂层可有效降低合金表面磨损率并提高硬度。合金中Dy、P、Bi、Sn、Nb、Cr、Fe、Zn、Pt、Th等元素强化相弥散强化。制备方法上通过在铝锶金属丝上粘附混合粉末的方式，使得浇铸时混合粉末位于母合金液中央，有利于微粉颗粒的快速扩散和均质，优化化学镀膜和CVD成膜参数和条件，提高涂层的硬度和光滑程度，降低膜厚，有效提高材料的低磨损率性能。

A Low Wear Rate Material and Its Preparation Method

The invention discloses a low wear rate material, which uniformly distributes titanium nitride, titanium oxide, nickel oxide and niobium diselenide mixture particles in the aluminium alloy matrix, nickel cobalt coating and diamond coating are distributed on the surface of the aluminium alloy matrix, the hardness of titanium nitride and nickel oxide is high, the hardness and low wear rate of the material are remarkably improved, and the friction reduction of titanium oxide and niobium diseleniobium can be improved. The composite coating on the surface can effectively reduce the wear rate and improve the hardness of the alloy surface. Dispersion strengthening of Dy, P, Bi, Sn, Nb, Cr, Fe, Zn, Pt, Th and other elements in the alloy. In the preparation method, by adhering mixed powders to the Al-Sr wire, the mixed powders are located in the center of the mother alloy solution during casting, which is beneficial to the rapid diffusion and homogenization of micro-powders, optimize the parameters and conditions of electroless plating and CVD film formation, improve the hardness and smoothness of the coating, reduce the film thickness and effectively improve the low wear rate performance of the material.

【技术实现步骤摘要】
一种低磨损率材料及其制备方法
本专利技术涉及铝合金材料领域，特别涉及一种低磨损率材料及其制备方法。
技术介绍
目前，国内外常用的铝合金表面改性技术主要有镀层技术(电镀、化学镀、阳极氧化)，气相沉积(PVD，CVD)，热喷涂技术(电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂)、高能束(激光、离子束、电子束)表面改性技术等多种方法。传统铝合金表面改性技术(镀层技术、气相沉积、热喷涂技术)虽均可在一定程度上提高铝合金硬度、耐磨性，但仍然存在一些不可避免的局限性。如镀层技术存在制得镀膜层不够致密，铬酸盐具有毒性、对环境污染严重，三废处理费用高昂、危害人类健康等不足之处。热喷涂涂层组织结构为层状结构，在涂层内部存在大量孔隙和氧化物夹杂。导致涂层气孔率较大，结合强度有限，往往存在开裂和剥落等问题。不能承受机械在高速、高载荷下的工况条件。金刚石薄膜具有与天然金刚石相同的晶体结构，继承了天然金刚石的优异性能，因而其应用涉及许多工业领域，如机械、电子、医疗、声学、建筑、光学、半导体以及军工国防等。表1-1所示为金刚石和几种常用工程材料的主要性能比较。相较其他材料，单晶天然金刚石大多具有更高的单项性能参数，但其存在断裂韧性较低的弱点。多晶金刚石薄膜中金刚石晶体取向随机，因而具有更好的断裂韧性。HFCVD法是目前学术和工业界广泛采用的沉积金刚石薄膜的方法。HFCVD法制备金刚石薄膜的原理是碳源(丙酮、甲醇或甲烷)和氢气被热丝(温度约2000-2200℃)分解为活性碳原子基团和氢离子，这些碳原子基团在基体表面合适的气压、温度(约700-900℃)和氢离子浓度条件下重组形核成金刚石颗粒，继而生长成金刚石薄膜。为了在基体表面沉积得到厚度均匀、表面光滑的金刚石薄膜，热丝温度需要控制在2000-2200℃左右且基体温度应控制在700-900℃之间。镍基化学镀层是历史最久、目前研究和应用最广、性能最好的化学镀层。镍基化学复合镀是在化学镀液中加入不溶性微粒，使其与镍基共沉积，制备具有不同物理、化学性质镀层的一种特殊化学镀技术。目前镍基化学复合镀层技术己经可以将微粒与多种合金共沉积，如:Ni-P,Ni-B,Ni-Co,N1-w-P等，共沉积的微粒有:SiC,Si3N4,A12O3,PTFE,TiN等几十种。近年来，随着纳米科技快速发展，纳米材料成为制备复合材料的理想材料，将纳米微粒沉积到化学镀层中，不仅可以大幅度提高微粒的沉积量，还可以提高镀层的物理化学性能。纳米化学复合镀具备化学镀的优势，同时还因为镀层中沉积的具有优异特性的纳米微粒，而具有更高的硬度、耐磨损性能、耐腐蚀性金的能和抗高温氧化性能等。随着纳米微粒的加入，晶粒得到细化，可使基质合晶粒细化到纳米尺度而成为纳米晶，镀层的性能得到二次增强。CN200610165341.X提出一种高强耐磨铝合金及其制备方法，该高强耐磨铝合金是在Al-Zn-Mg-Cu合金熔体中，置入Ti-C-Al预制块，通过原位反应在该Al-Zn-Mg-Cu合金熔体中生成TiC颗粒，再进行雾化喷射成形而成，其中，Ti-C-Al预制块的TiC置入量为Al-Zn-Mg-Cu合金的3.15～10.5重量％。其制备方法是：(1)按Ti粉，石墨粉和铝粉压制成Ti-C-Al预制块备用；(2)将Al-Zn-Mg-Cu合金熔融；(3)、将Ti-C-Al预制块置于Al-Zn-Mg-Cu合金熔体中，进行原位反应；(4)进行雾化喷射成形，得到高强耐磨铝合金。上述专利技术利用原位反应喷射成形工艺制备高强铝合金，实现了材料耐磨性能的改善。上述专利技术的工艺改进仅在铸造过程中进行Ti-C-Al预制块原位反应，虽然可以将TiC颗粒置入合金中以提高强度和耐磨性，但手段单一，无热处理和表面强化措施，合金强度和耐磨性的提升有限，且合金基体的成分也较为单一，无细晶强化和弥散强化，合金液与外来粒子的润湿性差，生成的TiC颗粒弥散较难，易发生偏析和颗粒团聚，导致合金力学性能及耐磨性能下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对目前铝合金基低磨损率材料及其制备过程中存在的缺陷和不足，本专利技术提供一种低磨损率材料，该材料具有良好的低磨损率性、硬度及耐腐蚀性。为解决上述技术问题，本专利技术提供以下的技术方案：一种低磨损率材料，在铝合金基体内均匀分布有氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌混合物颗粒，粒径为9-13μm，混合物颗粒中氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌的相对重量比为1.1～1.3：1：1：0.01～0.04，混合物颗粒在铝合金基体中的重量百分比为3-5％；铝合金基体表面分布有镍钴镀层，镍钴镀层上覆有一层金刚石涂层；所述铝合金基体由如下重量百分含量的成分组成：0.7-1.5％Sb，0.03-0.09％Dy，0.03-0.08％P，0.03-0.08％Fe，1.95-2.25％Cr，0.2-0.7％Zn，0.005-0.008％Pt，0.2-0.8％Sn，1.2-1.8％Bi，0.01-0.05％Th，0.2-0.7％Nb，余量为Al。优选地，所述镍钴涂层的厚度为0.5～5μm，所述金刚石涂层厚度为10～100μm，所述氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌的纯度均≥99.9％。一种上述低磨损率材料的制备方法，包含如下具体步骤：(1)将铝合金基体放入电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为810～830℃，保温50-70分钟后得到母合金液体，待用；按比例称取氮化钛微粉、氧化钛微粉、氧化镍微粉和二硒化铌微粉混合均匀后制备混合物颗粒备用；(2)取直径为3～5毫米的铝锶金属丝，丝的长度比型腔高度高出40～50毫米，将金属丝的一半长度蘸聚氨酯液体，并在其上均匀撒上混合物颗粒，悬挂静置3～5小时后，用未蘸聚氨酯液体的一端插入黏土砂型型腔底部型砂中，插入型砂中的深度为40～50mm，铝锶金属丝的顶端与型腔顶面持平；(3)合箱浇注，合金的浇注温度为690～720℃，浇铸后750℃保温20～40min，使混合物颗粒均匀分散进入母合金液中；随后自然冷却至室温，取出铸件，加热铸件至400～450℃固溶1h，水冷；加热至95～105℃时效30～50h；(4)将时效后的铸件切割成板材，进行脱脂除油、去离子水清洗并烘干，用800目和1200目的SiC砂纸将板材打磨光亮，再用丙酮除油、酒精清洗，去离子水冲洗，烘干；(5)在室温下，将板材浸入2mol/L的盐酸溶液中刻蚀30～60s，然后浸入2mol/L的HF溶液中刻蚀15～45s，去离子水冲洗后浸入六水硫酸镍24g/L，二水磷酸二氢钠22g/L，柠檬酸钠30g/L，氯化铵15g/L的混合溶液中闪镀100～120s，温度控制为85℃，PH为8.0；(6)将预镀Ni-P的铝合金衬底迅速地浸入含有TiN纳米颗粒的化学施镀液中，80℃，200rpm搅拌下处理45～90min，所述化学施镀液成分为氮化钛7～9g/L，硫脲2～3mg/L，氯化铵15g/L，柠檬酸钠30g/L，次偏磷酸钠21g/L，七水硫酸钴13～15g/L，六水硫酸镍26g/L，柠檬酸调节pH值为8.0；(7)将化学镀后的板材浸入成分为KOH：K3(Fe(CN)6)：H2O＝1g：1g：10mL的溶液中超声处理30min，再用蒸馏水和丙酮超声清洗，清除基体表面的杂质；(8)将板材随后放入化学气相沉积装置中沉积金刚石薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低磨损率材料，其特征在于：在铝合金基体内均匀分布有氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌混合物颗粒，粒径为9‑13μm，混合物颗粒中氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌的相对重量比为1.1～1.3：1：1：0.01～0.04，混合物颗粒在铝合金基体中的重量百分比为3‑5％；铝合金基体表面分布有镍钴镀层，镍钴镀层上覆有一层金刚石涂层；所述铝合金基体由如下重量百分含量的成分组成：0.7‑1.5％Sb，0.03‑0.09％Dy，0.03‑0.08％P，0.03‑0.08％Fe，1.95‑2.25％Cr，0.2‑0.7％Zn，0.005‑0.008％Pt，0.2‑0.8％Sn，1.2‑1.8％Bi，0.01‑0.05％Th，0.2‑0.7％Nb，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种低磨损率材料，其特征在于：在铝合金基体内均匀分布有氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌混合物颗粒，粒径为9-13μm，混合物颗粒中氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌的相对重量比为1.1～1.3：1：1：0.01～0.04，混合物颗粒在铝合金基体中的重量百分比为3-5％；铝合金基体表面分布有镍钴镀层，镍钴镀层上覆有一层金刚石涂层；所述铝合金基体由如下重量百分含量的成分组成：0.7-1.5％Sb，0.03-0.09％Dy，0.03-0.08％P，0.03-0.08％Fe，1.95-2.25％Cr，0.2-0.7％Zn，0.005-0.008％Pt，0.2-0.8％Sn，1.2-1.8％Bi，0.01-0.05％Th，0.2-0.7％Nb，余量为Al。2.根据权利要求1中所述的一种低磨损率材料，其特征在于：所述镍钴涂层的厚度为0.5～5μm，所述金刚石涂层厚度为10～100μm，所述氮化钛、氧化钛、氧化镍、二硒化铌的纯度均≥99.9％。3.一种如权利要求1或2中所述低磨损率材料的制备方法，其特征在于，包含如下具体步骤：：(1)将铝合金基体放入电阻坩埚炉中熔炼，熔炼温度为810～830℃，保温50-70分钟后得到母合金液体，待用；按比例称取氮化钛微粉、氧化钛微粉、氧化镍微粉和二硒化铌微粉混合均匀后制备混合物颗粒备用；(2)取直径为3～5毫米的铝锶金属丝，丝的长度比型腔高度高出40～50毫米，将金属丝的一半长度蘸聚氨酯液体，并在其上均匀撒上混合物颗粒，悬挂静置3～5小时后，用未蘸聚氨酯液体的一端插入黏土砂型型腔底部型砂中，插入型砂中的深度为40～50mm，铝锶金属丝的顶端与型腔顶面持平；(3)合箱浇注，合金的浇注温度为690～720℃，浇铸后750℃保温20～40min，使混合物颗粒均匀分散进入母合金液中；随后自然冷却至室温，取出铸件，加热铸件至400～450℃固溶1h，水冷；加热至95～105℃时效30～50h；(4)将时效后的铸件切割成板材，进行脱脂除油、去离子水清洗并烘干，用800目和1200目的SiC砂纸将板材打磨光亮，再用丙酮除油、酒精清洗，去离子水冲洗，烘干；(5)在室温下，将板材浸入2mol/L的盐酸溶液中刻蚀30～60s，然后浸入2mol/L的HF溶液中刻蚀15～45s，去离子水冲洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵浩峰，夏俊，
申请(专利权)人：安徽信息工程学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34