一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法技术

一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法。本发明专利技术以铝合金为基体，在表面制备高耐蚀耐磨铁基非晶涂层，保证材料在一定条件下具有良好的耐蚀耐磨性能，并且涂层与基体具有良好的结合强度。制备工艺步骤如下：(1)对铝合金基体预处理；(2)对经过预处理的铝合金基体表面进行喷砂处理；(3)在经过喷砂处理的铝合金基体表面进行超音速火焰喷涂制备铁基非晶涂层。与现有的静电喷涂、化学镀层、阳极氧化、气相沉积等表面处理技术相比，本发明专利技术制备的热喷涂铁基非晶涂层在一定条件下具有较高的耐蚀耐磨性，并且涂层与铝合金基体能形成良好的界面结合，增强了涂层与基体的结合强度，防止了涂层的脱落，使涂层具有优异的耐久性，能够有效地防护铝合金表面。

A high corrosion and wear resistant Fe based amorphous coating on aluminum alloy and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法
本专利技术涉及的是金属表面处理
，具体是一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法。
技术介绍
近些年，随着经济的高速发展，对材料和能源的需求急剧增加，给环境造成了巨大的压力，为了保持环境的可持续发展，人们开始设法减少资源的浪费，提高利用率。目前，在一些企业和工业生产中已经采用了一些措施来减少环境污染，例如在交通运输行业，汽车每年释放温室气体占全球总量的19％，因此提高燃料的利用率将有效降低温室气体的排放，环节环境压力。其中，汽车的轻量化是提高燃油利用率非常有效且关键的手段。因此需要寻求轻金属材料来替代传统的钢铁材料，铝合金比强度高，易加工，其密度仅为钢铁的1/3,在航空航天和汽车制造等领域逐渐受到重视。同时，中国作为世界上有色金属生产和消费大国之一，有色金属生产已成为支撑国民经济发展的重要新兴产业，其中铝合金制品行业更是有色金属行业的支柱。2009年以来我国铝合金制品产量占全球产量的比重均在30％以上，2018年达到了40％，我国已成为国际铝合金制造产业的中心。然而，由于铝元素较为活泼，铝及铝合金零件在潮湿大气中容易被腐蚀，目前市场上主要使用的防腐蚀处理方法是铬酸盐处理，但其存在较大的弊端。首先，其中含有的六价铬会严重污染环境，随着人们环保意识的不断加强，这种处理方法已经逐渐被舍弃，其次，这种方法在材料服役过程中不具备耐磨性，由于铝合金的硬度相对较低，在滑动摩擦工况下服役时，容易发生粘着磨损，反复的机械作用容易使其表面的氧化层被破坏，导致铝合金进一步的腐蚀，这一点严重限制了铝合金在摩擦系统和摩擦接触构件中的应用。因此有必要开发一种耐蚀耐磨性能优异且环境友好型的铝合金表面防护方法。本专利技术旨在提供一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法，在铝合金基材上制备厚度均匀且耐磨蚀性能优异的铁基非晶涂层，既保留了铝合金低密度、高比强、塑性好、加工性能优异、导电导热性好的优势，又增强了其在服役过程中的耐蚀耐磨性能，可以进一步扩大铝合金作为结构材料在工业中的应用。
技术实现思路
本专利技术针对铝合金及铝基复合材料表面易腐蚀易磨损、表面硬度低等问题，提供一种具有优异耐蚀耐磨性能且结合强度高的铁基非晶涂层及其制备方法，以解决铝合金在工业应用中面临的腐蚀磨损问题。一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于以铝合金为基体材料，在其表面制备高耐蚀耐磨铁基非晶涂层，制备工艺包括如下步骤：(1)铝合金基体表面预处理；(2)对经过预处理的铝合金基体表面进行喷砂处理；(3)将所述步骤(2)喷砂处理后的铝合金基体预热至一定温度，并使铝合金维持在该温度范围，以铁基非晶合金为待喷粉末，在铝合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在铝合金基体表面制备得到高耐蚀耐磨铁基非晶涂层。所述铝合金基体材料不限于某一系列的铝合金，适用于工业应用中所涉及到的铸造铝合金、变形铝合金以及铝基复合材料。进一步地，步骤(2)所述喷砂处理为干喷砂处理，所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.5～0.7MPa，所述喷砂处理的速度为0.4～0.8cm/s，所述喷砂处理的时间为6～10min。进一步地，步骤(3)所述铝合金基体预热温度为60～80℃。进一步地，步骤(3)所述待喷涂铁基非晶粉末的粒径为30～50μm。进一步地，步骤(3)所述超音速火焰喷涂喷枪移动速度为15～30m/min，氧气流量为40～60m3/h，煤油流量为12～32L/h，喷距(喷枪口至基体材料的直线距离)为300～350mm，送粉量30～40g/min。进一步地，步骤(3)所述喷涂，在喷涂过程中喷涂1～2遍后，需等待基体材料冷却至60～80℃再进行后续的喷涂，以此保证获得高非晶含量的铁基非晶涂层。在喷涂过程中采用高压风冷的方式使基体材料维持在较低的温度范围，以此保证获得高非晶含量的铁基非晶涂层。进一步地，步骤(3)所述超音速火焰喷涂所用燃料为煤油。进一步地，所述铁基非晶涂层厚度应控制的300～500μm。对于某些系列的铝合金与特定的非晶合金体系不亲和，在铁基非晶涂层与基体界面无法产生冶金结合的情况，本专利技术提供了在铝合金基体与铁基非晶涂层之间喷涂一层过渡中间层的制备方法，增强了铁基非晶涂层与基体的结合强度。中间层为热喷涂专用Ni60粉末，其粒度分布范围为38～75μm。中间层的厚度应控制在100～200μm。进一步地，喷涂中间层氧气流量为45～65m3/h，煤油流量为15～25L/h，喷距为290-330mm，喷枪移动速度为25～35m/min，送粉量30～50g/min。优选地，步骤(1)中，为促进铝合金基体材料与铁基非晶涂层界面的良好结合，提高铝合金基体与铁基非晶涂层的界面结合强度，在进行砂纸打磨时用过于粗糙或过于细致的砂纸都会导致界面结合差的情况，试验结果表明，用800#砂纸打磨的基体表面配合后续进行的喷砂处理所获得的粗糙度，最有利于基体与铁基非晶涂层的界面结合，提高基体与铁基非晶涂层的界面结合强度。优选地，步骤(2)中，所述的喷砂压力设置为0.6MPa。优选地，步骤(3)中，铁基非晶涂层的喷涂距离设置为320mm。本专利技术的目的在于：提供一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层及其制备方法，保证其具有优良耐磨耐蚀性能，进一步扩大铝合金在工业中尤其是在滑动摩擦的服役工况中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)所述铁基非晶涂层为非晶态，没有普通金属材料存在的晶界等缺陷，硬度高，具有优异的耐蚀性能与耐磨性能。(2)由于在铁基非晶涂层与基体之间添加了Ni60的中间层，大大增强了铁基非晶涂层与基体的结合强度，增强了铁基非晶涂层的耐久性。(3)与传统的电镀，铬酸盐处理等铝合金表面处理技术相比，首先，本专利技术所述的表面处理方法无污染，工艺简单易操作。其次，该方法能够获得相对较厚的铁基非晶涂层，厚度达到300～500μm，拥有其它制备技术无法比拟的优异抗磨损性能。附图说明表1是实施例1、实施例2、对比例1、对比例2以及8090铝锂合金基体的自腐蚀电流密度汇总。图1是实施例1中铁基非晶涂层与铝锂合金基体界面形貌；图2是实施例1、实施例2、对比例1、对比例2(分别对应a,b,c,d)铁基非晶涂层的极化曲线示意图；图3是实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、(分别对应a,b,c,d)铁基非晶涂层与8090铝锂合金基体的摩擦系数示意图；具体实施方式以下实施例将对本专利技术做进一步详述。实施例1(1)选择8090铝锂合金作为基体材料，对铝锂合金基体进行预处理。首先用800#砂纸对基体进行打磨，然后置于乙醇中进行超声清洗，超声清洗4min后置于室温环境下自然干燥；(2)在喷涂前30min，对预处理后的铝合金基体进行喷砂处理。喷砂处理所用磨料为20#白刚玉砂，喷砂处理的压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于以铝合金为基体材料，在其表面制备高耐蚀耐磨铁基非晶涂层，制备工艺包括如下步骤：/n(1)铝合金基体表面预处理；/n(2)对经过预处理的铝合金基体表面进行喷砂处理；/n(3)将所述步骤(2)喷砂处理后的铝合金基体预热至一定温度，并使铝合金维持在该温度范围，以铁基非晶合金为待喷粉末，在铝合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在铝合金基体表面制备得到高耐蚀耐磨铁基非晶涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于以铝合金为基体材料，在其表面制备高耐蚀耐磨铁基非晶涂层，制备工艺包括如下步骤：
(1)铝合金基体表面预处理；
(2)对经过预处理的铝合金基体表面进行喷砂处理；
(3)将所述步骤(2)喷砂处理后的铝合金基体预热至一定温度，并使铝合金维持在该温度范围，以铁基非晶合金为待喷粉末，在铝合金基体表面进行超音速火焰喷涂，在铝合金基体表面制备得到高耐蚀耐磨铁基非晶涂层。


2.如权利要求1所述的铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述喷砂处理为干喷砂处理，所述喷砂处理所用磨料为20#的白刚玉砂，所述喷砂处理的压力为0.5～0.7MPa，所述喷砂处理的速度为0.4～0.8cm/s，所述喷砂处理的时间为6～10min。


3.根据权利要求1所述的铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铝合金基体预热温度为60～80℃。


4.根据权利要求1所述的铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，待喷涂铁基非晶粉末的粒径为30～50μm；铁基非晶涂层厚度应控制的300～500μm。


5.根据权利要求1所述的铝合金表面高耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述超音速火焰喷涂喷枪移动速度为15～30m/min，氧气流量为40～60m3/h，煤油流量为12～32L/h，喷距...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏祥，杨瑞，王善林，王健，谢璐，王文瑞，张济山，庄林忠，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11