一种表面强化材料及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种表面强化材料，成分为：20～50wt％的Si3N4；20～40wt％的Al2O3；1～50wt％的Al

【技术实现步骤摘要】
一种表面强化材料及其应用


[0001]本专利技术属于表面强化
，尤其涉及一种表面强化材料及其应用，具体为一种适用于镁合金复杂零件的表面强化材料及强化工艺。

技术介绍

[0002]镁合金零件在使用前通常需进行表面处理，以隔绝基体与外部腐蚀、氧化等恶劣环境，通行的方法包括电镀、化学镀、阳极氧化、有机涂料浸涂等技术，以形成一层或多层保护。由于保护层通常较薄，如果金属自身不具备足够的耐蚀性能，保护层破损后的零件可能在很短的时间内报废。如果将涂层厚，其耐受性将大大提升。镁合金零件在实际应用时，通常需要在表面进行防护处理，以在表面获得其它耐蚀金属或陶瓷的保护层。保护层厚度通常在几十微米左右，最多不超过一百至两百微米。当表面发生撞击或在腐蚀环境下长期使用时，涂层很容易破损，使零件的使用寿命严重降低。
[0003]现有技术在金属零件表面获取毫米级涂层的方法主要为熔覆类技术，传统熔覆类方法均不适用于复杂零件的毫米级涂层制备。熔覆类技术按照热源不同主要有：激光熔覆、热喷涂、电弧熔覆和堆焊。激光熔覆处理时容易出现气孔和裂纹，而且激光设备昂贵的价格、复杂的工艺以及对于操作环境的高要求使得激光熔覆技术在应用方面受到限制。热喷涂设备价格昂贵，无法完成复杂形状的零件涂装、且粉体表面结合方式属于机械结合，涂层附着力低。氩弧熔覆同样不适用于复杂形状零件，且熔覆层外观形貌较差，微观组织形貌难以控制。堆焊仅适用于具有一定厚度的金属材料，对材质有一定要求，且外观形貌相对较差。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种表面强化材料及其应用，本专利技术提供的表面强化材料用于零件表面强化具有较好的性能。
[0005]本专利技术提供了一种表面强化材料，成分为：
[0006]20～50wt％的Si3N4；
[0007]20～40wt％的Al2O3；
[0008]1～50wt％的Al
‑
RE中间合金；
[0009]余量为Al及不可避免的杂质。
[0010]优选的，所述Si3N4为粉体；所述Si3N4粉体颗粒的尺寸为5nm～500μm；
[0011]所述Al2O3为粉体；所述Al2O3粉体颗粒的尺寸为5nm～500μm；
[0012]所述Al
‑
RE中间合金为粉体，所述Al
‑
RE中间合金的粉料颗粒尺寸为5nm～500μm；
[0013]所述Al为粉体；所述Al粉体颗粒的尺寸为50nm～500μm。
[0014]优选的，所述Al
‑
RE中间合金中的RE选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Er、Eu、Yb、Y、Dy、Ho、Lu、Sc中的一种或几种；所述RE在Al
‑
RE中间合金中的质量含量为1～80％。
[0015]本专利技术提供了一种表面强化方法，包括：
[0016]将表面强化材料球磨，得到球磨物料；
[0017]将所述球磨物料采用冷喷涂工艺喷涂至零件表面，得到冷喷涂产品；
[0018]将所述冷喷涂产品进行加热，获得复合强化层；
[0019]所述表面强化材料为上述技术方案所述的表面强化材料。
[0020]优选的，所述球磨在球磨罐中进行；所述球磨的方法为干法球磨；所述球磨过程中的球料比为(3～7)：1；所述球磨的时间为8～12小时；所述球磨过程中的转速为400～600转/分钟。
[0021]优选的，所述冷喷涂过程中的加速气体选自氮气、氩气、氦气中的一种或几种；加速气体的压力为2～10MPa；加速气体的预热温度为300～450℃；喷枪移动速度为50～500mm/s；喷涂距离为10～50mm；喷涂涂层厚度为100μm～3mm。
[0022]优选的，所述加热的方法选自激光加热、感应加热、氩弧焊加热中的一种或几种。
[0023]优选的，所述激光加热过程中的激光功率为50～100P/W；扫描速度为200～1000mm/s；扫间距为40～100μm。
[0024]优选的，所述感应加热过程中的热炉设备的电流频率为3000～8000Hz；加载电流为2000～10000A；感应线圈距离为1mm～2cm。
[0025]优选的，所述氩弧焊加热过程中的行走速度为10～50mm/s；电流为100～200A；氩气的流量为8～12L/min。
[0026]本专利技术提供了一种适用于镁合金零件的毫米级复合涂层材料及制备方法，由于厚度远高于传统涂层，因此镁合金零件在遭受撞击、腐蚀、高温、宇宙射线等恶劣环境下长期使用时，寿命得到显著提高。本专利技术针对镁合金零件，提出适用于镁合金体系的表面熔覆材料及熔覆方法，采用冷喷涂与超高频感应加热相结合的方式，使合金表面形成毫米级厚度的冶金熔覆层，具有操作简便，成本低、结合力强的特点。
具体实施方式
[0027]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术提供了一种表面强化材料(金属
‑
陶瓷复合粉体)，成分为：
[0029]20～50wt％的Si3N4；
[0030]20～40wt％的Al2O3；
[0031]1～50wt％的Al
‑
RE中间合金；
[0032]余量为Al及不可避免的杂质。
[0033]在本专利技术中，所述Si3N4(陶瓷)的质量含量优选为30～40％，更优选为35％。
[0034]在本专利技术中，所述Si3N4优选为粉体；所述Si3N4粉体颗粒的尺寸优选为5nm～500μm，更优选为50nm～400μm，更优选为100nm～300μm，更优选为500nm～200μm，更优选为1～150μm，更优选为10～100μm，更优选为20～80μm，更优选为30～60μm，最优选为40～50μm。
[0035]在本专利技术中，所述Al2O3的质量含量优选为25～35％，更优选为30％。
[0036]在本专利技术中，所述Al2O3优选为粉体；所述Al2O3粉体颗粒的尺寸优选为5nm～500μ
m，更优选为50nm～400μm，更优选为100nm～300μm，更优选为500nm～200μm，更优选为1～150μm，更优选为10～100μm，更优选为20～80μm，更优选为30～60μm，最优选为40～50μm。
[0037]在本专利技术中，所述Al
‑
RE中间合金的质量含量优选为10～40％，更优选为20～30％。
[0038]在本专利技术中，所述RE优选选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Er、Eu、Yb、Y、Dy、Ho、Lu、Sc中的一种或几种；所述RE在Al
‑
RE中间合金中的质量含量优选为1～80％，更优选为10～70％，更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面强化材料，成分为：20～50wt％的Si3N4；20～40wt％的Al2O3；1～50wt％的Al
‑
RE中间合金；余量为Al及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的表面强化材料，其特征在于，所述Si3N4为粉体；所述Si3N4粉体颗粒的尺寸为5nm～500μm；所述Al2O3为粉体；所述Al2O3粉体颗粒的尺寸为5nm～500μm；所述Al
‑
RE中间合金为粉体，所述Al
‑
RE中间合金的粉料颗粒尺寸为5nm～500μm；所述Al为粉体；所述Al粉体颗粒的尺寸为50nm～500μm。3.根据权利要求1所述的表面强化材料，其特征在于，所述Al
‑
RE中间合金中的RE选自La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y、Gd、Er、Eu、Yb、Y、Dy、Ho、Lu、Sc中的一种或几种；所述RE在Al
‑
RE中间合金中的质量含量为1～80％。4.一种表面强化方法，包括：将表面强化材料球磨，得到球磨物料；将所述球磨物料采用冷喷涂工艺喷涂至零件表面，得到冷喷涂产品；将所述冷喷涂产品进行加热，获得复合强化层；所述表面强化材料为权利要求1所述的表面强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪杰，程丽任，车朝杰，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
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