一种耐磨铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐磨铝合金及其制备方法。该耐磨铝合金包括铝合金基体和镀覆在铝合金基体表面上的耐磨涂层，耐磨涂层包括镀覆在铝合金基体上的Al/Ni打底层，以及镀覆在Al/Ni打底层上的金属陶瓷复合涂层；Al/Ni打底层由以下质量百分比的组分组成：Al 2‑8％，余量为Ni；金属陶瓷复合涂层由以下质量百分比的组分组成：WC 10‑30％，余量为Ni60。该耐磨铝合金，Al/Ni打底层可改善金属陶瓷复合涂层与基体的结合性能，金属陶瓷复合涂层为WC‑Ni基材料，其显著改善了铝合金材料的硬度和耐磨性，提高了铝合金制品的应用范围。

A wear-resistant aluminum alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨铝合金及其制备方法
本专利技术属于熔融态覆层材料的制备领域，具体涉及一种耐磨铝合金及其制备方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，各种机械设备对材料轻量化的要求越来越高，铝及铝合金由于密度小，含量丰富，同时具有优良的物理化学性能，在航空航天行业受到广泛应用。但由于铝及其合金材料的硬度低、耐磨性差等缺点其应用受到了一定的限制，每年因为铝合金表面磨损而造成的材料消耗量巨大，探索提高铝合金材料的表面硬度和耐磨性具有至关重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐磨铝合金，以解决现有铝合金的硬度低、耐磨性差的问题。本专利技术的第二个目的在于提供上述耐磨铝合金的制备方法。为实现上述目的，本专利技术的耐磨铝合金所采用的技术方案是：一种耐磨铝合金，包括铝合金基体和镀覆在铝合金基体表面上的耐磨涂层，耐磨涂层包括镀覆在铝合金基体上的Al/Ni打底层，以及镀覆在Al/Ni打底层上的金属陶瓷复合涂层；Al/Ni打底层由以下质量百分比的组分组成：Al2-8％，余量为Ni；金属陶瓷复合涂层由以下质量百分比的组分组成：WC10-30％，余量为Ni60。本专利技术提供的耐磨铝合金，通过在铝合金表面镀覆Al/Ni打底层和金属陶瓷复合涂层来提高铝合金材料的硬度和耐磨性，Al/Ni打底层可改善金属陶瓷复合涂层与基体的结合性能，金属陶瓷复合涂层为WC-Ni基材料，其显著改善了铝合金材料的硬度和耐磨性，提高了铝合金制品的应用范围。为进一步优化涂层的结合性能，改善铝合金材料在耐磨情景下的应用效果，优选的，Al/Ni打底层的厚度为120-160μm，金属陶瓷复合涂层的厚度为280-320μm。本专利技术的耐磨铝合金的制备方法所采用的技术方案是：一种耐磨铝合金的制备方法，包括以下步骤：将铝合金基体在150-250℃预热，采用等离子喷涂法，先在铝合金基体表面制备Al/Ni打底层，然后在Al/Ni打底层上制备金属陶瓷复合涂层；喷涂时，对铝合金基体降温处理至450-550℃。铝合金与WC与Ni60粉末相比，熔点低，热膨胀系数差异大。以6082-T6铝合金为例，其熔点为570-645℃，热膨胀系数为23.5×10-6K-1；WC的熔点为2870℃，热膨胀系数为6.9×10-6K-1；Ni60的熔点为1453℃，热膨胀系数为13×10-6K-1。等离子喷涂过程中，喷枪火焰中心温度达到10000℃以上，熔融颗粒高速碰撞基体表面，在产生变形的同时快速冷却凝固，产生微观收缩效应，涂层受到拉应力作用，导致热喷涂涂层一般存在着明显的残余应力。进一步的，铝合金与WC与Ni60粉末的热膨胀系数差异大，与钢、钛合金的热膨胀系数差异小，这也是导致WC-Ni60涂层多在45钢、TC4钛合金上应用的原因。采用常规等离子喷涂方法无法在铝合金基体上获得WC-Ni60涂层，本专利技术从喷涂前进行预热、喷涂Ni/Al打底层和喷涂时对铝合金基体进行降温处理三个方面出发，使WC-Ni60涂层在铝合金上的应用成为可能。通过以上环节的合理设置，可降低基体与涂层材料的热膨胀性能差异，大大降低残余应力，从而提高涂层的结合强度，优化涂层质量。为进一步优化等离子喷涂效果，优选的，等离子喷涂时，电流为480-520A，电压为45-55V。一次气体Ar气的流量为40L/min，二次气体H2气的流量为1L/min，送分速率为0.45转/分钟。喷涂时，电压电流参数设置过高会导致等离子焰流温度高，导致基体温度过高而引起变形，电压电流参数设置过低则会导致喷涂粉末不易熔化，涂层与基体之间易开裂。为更方便的实现降温处理，优选的，所述降温处理是将铝合金基体的非喷涂部位与酒精接触，喷涂时通过酒精的蒸发吸热而降低铝合金基体温度。为有效的实现降温处理的工业化应用，优选的，所述降温处理是在铝合金基体的非喷涂部位连接一导热装置，导热装置将热喷涂过程中产生的热量及时导出而降低基体温度。从降温效率方面考虑，优选的，所述导热装置为水冷系统，利用水冷系统中的流动冷却水将热量导出。为便于打底层的质量，进一步优化打底层与金属陶瓷复合涂层的结合效果，优选的，制备Al/Ni打底层所用的喷涂粉末为铝包镍粉末。为提高金属陶瓷复合涂层的制备效果，优选的，制备金属陶瓷复合涂层时，将Ni60、WC组成的原料粉混料均匀，然后烘干去除原料粉中的水，之后带热进行等离子喷涂。为更进一步优化基体与涂层的结合性能，优选的，所述铝合金基体是将待处理铝合金依次经表面清洗、打磨去毛刺、表面粗化处理后制得。其中表面清洗可选择酒精、丙酮等常规试剂；打磨去毛刺可获得相对均匀的基体表面，以保证在喷涂过程中能够得到厚度均匀的涂层；粗化处理利用常规喷砂机即可实现，其可增加表面粗糙度，提高基体附着力，提高涂层与基体之间的结合能力。附图说明图1为本专利技术实施例4(右)和对比例(左)的方法所得铝合金制品的外观对比；图2为本专利技术实施例4和对比例的方法所得铝合金上金属陶瓷复合涂层的结合强度对比；图3为本专利技术实施例3所得铝合金上金属陶瓷复合涂层的涂层结合面线扫描图；图4为本专利技术实施例1-3的耐磨铝合金和铝合金基体(6082-T6)的显微硬度平均值；图5为本专利技术实施例1-3的耐磨铝合金的摩擦磨损曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步说明。以下实施例中，Ni60、WC粉末，以及打底层所用铝包镍粉末均为市售商品。原料粉末的纯度在99.9％以上。Ni60的组成为：C：0.6-0.8％，Cr：16-18％，B：2.5-3.0％，Si：4.0-5.0％，Fe≤5％，其余为Ni。铝包镍粉末的组成为：Al5％，Ni95％。Ni60和WC粉末的物理化学性能见表1。表1Ni60和WC的物理化学性质一、本专利技术的耐磨铝合金的具体实施例实施例1本实施例的耐磨铝合金，包括铝合金基体和镀覆在铝合金基体表面上的耐磨涂层，耐磨涂层包括镀覆在铝合金基体上的Al/Ni打底层，以及镀覆在Al/Ni打底层上的金属陶瓷复合涂层。Al/Ni打底层的厚度为150μm，金属陶瓷复合涂层的厚度为300μm。铝合金基体为6082-T6铝合金。Al/Ni打底层由以下质量百分比的组分组成：Al5％，余量为Ni；金属陶瓷复合涂层由以下质量百分比的组分组成：WC10％，余量为Ni60。实施例2本实施例的耐磨铝合金，与实施例1的耐磨铝合金基本相同，区别仅在于：WC20％，余量为Ni60。实施例3本实施例的耐磨铝合金，与实施例1的耐磨铝合金基本相同，区别仅在于：WC30％，余量为Ni60。二、本专利技术的耐磨铝合金的制备方法的具体实施例实施例4本实施例的耐磨铝合金的制备方法，对实施例1的耐磨铝合金的制备进行说明，具体包括以下步骤：1)表面净化：依次使用酒精、丙酮对铝合金表面进行清洗。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨铝合金，其特征在于，包括铝合金基体和镀覆在铝合金基体表面上的耐磨涂层，耐磨涂层包括镀覆在铝合金基体上的Al/Ni打底层，以及镀覆在Al/Ni打底层上的金属陶瓷复合涂层；/nAl/Ni打底层由以下质量百分比的组分组成：Al 2-8％，余量为Ni；/n金属陶瓷复合涂层由以下质量百分比的组分组成：WC 10-30％，余量为Ni60。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨铝合金，其特征在于，包括铝合金基体和镀覆在铝合金基体表面上的耐磨涂层，耐磨涂层包括镀覆在铝合金基体上的Al/Ni打底层，以及镀覆在Al/Ni打底层上的金属陶瓷复合涂层；
Al/Ni打底层由以下质量百分比的组分组成：Al2-8％，余量为Ni；
金属陶瓷复合涂层由以下质量百分比的组分组成：WC10-30％，余量为Ni60。


2.如权利要求1所述的耐磨铝合金，其特征在于，Al/Ni打底层的厚度为120-160μm，金属陶瓷复合涂层的厚度为280-320μm。


3.一种如权利要求1或2所述的耐磨铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝合金基体在150-250℃预热，采用等离子喷涂法，先在铝合金基体表面制备Al/Ni打底层，然后在Al/Ni打底层上制备金属陶瓷复合涂层；喷涂时，对铝合金基体降温处理至450-550℃。


4.如权利要求3所述的耐磨铝合金的制备方法，其特征在于，等离子喷涂时，电流为480-520A，电压为45-55V。


5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺甜甜，杜三明，傅丽华，岳赟，刘建，邵若男，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41