CN103233223B - 铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法,包括以下步骤:(1)对铝合金基体金属表面进行清洗,去除油污、氧化层;(2)将Ni基材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料;其中,Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上;(3)在氩气保护装置中,采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;(4)将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合,利用Ni与Al之间化学放热反应,反应后形成TiC增强Ni3Al基复合涂层。本发明具有制备过程稳定,基本无飞溅或烧损,生产效率高等特点;所制备的铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层具有表面质量良好、TiC分布弥散均匀、晶粒细小、与基体构成冶金结合、耐磨性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于高能束表面改性领域,尤其涉及铝合金激光表面处理的方法。
背景技术
铝合金是有色金属中应用最广泛的材料之一,铝合金具有密度小、比刚度和比强度高、易加工、热导率高、电导率高等诸多优良性能,在发动机活塞、光学精密仪器、机车车厢等获得了成功的应用,为了减轻重量、降低能耗,提高效率和增强机动性能都竭尽可能地以铝代铜,甚至代钢。在汽车工业领域里西方发达国家铝合金的用量逐渐增加。但铝合金表面硬度较低、摩擦系数高、磨损大、高温性能差,这大大降低了铝合金的应用范围。
大多数金属间化合物具有金属键,其价电子不同于金属晶体中存在大量的自由电子,也不同于共价化合物那样完全被束缚在稳定的原子轨道上,而存在着部分***的电子,其结合键介于共价键和金属键之间。这种结构使金属间化合物既保持了与金属材料接近的某些物理性能,而且又在熔点、热稳定性和化学稳定性等使用性能上接近于陶瓷材料。从而在应用上介于金属材料和陶瓷材料使用性能的空白,使其与金属基体具有更好的匹配性,又能提高其硬度、强度等。
发明内容
本发明所要解决的是无法采用热处理提高铝合金耐磨性,或采用一般的熔覆技术提高硬度、耐磨性有限等技术问题,提供一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法。
为了解决上述问题采用以下技术方案:一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法,包括以下步骤:
(1)对铝合金基体金属表面进行清洗,去除油污、氧化层;
(2)将Ni基材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料;其中,Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上;
(3)在氩气保护装置中,采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;
(4)将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合,利用Ni与Al之间化学放热反应,反应后形成TiC增强Ni3Al基复合涂层。
所述的涂层材料中TiC含量在8-20(wt)%。
所述的Ni基材料中含有B元素。
所述的激光处理工艺参数为激光光斑直径4-8mm,功率1.2-2kW,光束扫描速度3-10mm/s。
所述的铝合金基体金属为7A06超硬铝或2A12硬铝。
所述的Ni基材料为Ni基合粉末。
所述的Ni基合为Ni-Cr-B-Si基合金,Ni-Cr-B-Si的化学成分Cr为7.5(wt)%,B为2.5(wt)%,Si为4.0(wt)%,Ni为余量。
Ni3Al基合金具有抗氧化性好,密度小,较高的室温加工硬化率和较高的高温强度等优点。多晶Ni3Al中加入少量的B可使室温塑性大幅度提高。
本发明主要应用了在Al熔化为液态后能够与Ni发生化学反应,生成大量的热,进一步熔化Ni基合金,反应迅速,而且Al合金导热快,实现快速冷却。因此Al基体加热的初始温度不高,涂层的晶粒细小,耐磨性和热疲劳性能优良等特点。
本发明具有制备过程稳定,基本无飞溅或烧损,生产效率高等特点;所制备的铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层具有表面质量良好、TiC分布弥散均匀、晶粒细小、与基体构成冶金结合、耐磨性好等优点。
具体实施方式:
实施例1:一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法,包括以下步骤:(1)选择7A06超硬铝作为基体,对其表面进行清洗,放入合适的充满氩气保护气氛容器中。
(2)以一Ni-Cr-B-Si基合金和TiC粉末均匀混合作为涂层材料;其中TiC含量为10(wt)%,Ni-Cr-B-Si的化学成分Cr为7.5(wt)%,B为2.5(wt)%,Si为4.0(wt)%,Ni为余量。
(3)采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;激光处理工艺参数为激光光斑直径6mm,功率1.2kW,光束扫描速度8mm/s。
(4)将涂层材料送入熔池而形成与基体金属冶金结合,利用Ni与Al之间化学放热反应,且反应后形成TiC增强Ni3Al基复合涂层。
对熔覆后的试样界面的元素分布进行分析,Al、Ni、Cr、Si、B元素在界面处的浓度呈现缓慢的过渡趋势,这说明镍基合金与Al基体之间形成化学冶金结合。另外,TiC基本均匀分布其中。
实施例2:一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法,包括以下步骤:(1)选择2A12硬铝为基体,对其表面进行清洗,放入合适的充满氩气透明保护气氛装置中。
(2)以Ni-Cr-B-Si基合金和TiC粉末均匀混合作为涂层材料;其中TiC含量为12(wt)%,Ni-Cr-B-Si的化学成分Cr为7.5(wt)%,B为2.5(wt)%,Si为4.0(wt)%,Ni为余量。
(3)采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;激光处理工艺参数为激光光斑直径8mm,功率1.5kW,光束扫描速度10mm/s。
(4)将涂层材料送入熔池而形成与基体金属冶金结合,利用Ni与Al之间化学放热反应,且反应后形成TiC增强Ni3Al基复合涂层。
实施例3:一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法,包括以下步骤:(1)对铝合金基体金属表面进行清洗,去除油污、氧化层;(2)将Ni基材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料;其中,Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上,涂层材料中TiC含量在8-20(wt)%;(3)在氩气保护装置中,采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;(4)将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合,利用Ni与Al之间化学放热反应,反应后形成TiC增强Ni3Al基复合涂层。
所述的激光处理工艺参数为激光光斑直径4-8mm,功率1.2-2kW,光束扫描速度3-10mm/s。
Claims (5)
1.一种铝合金表面熔覆TiC 增强Ni3Al 基复合涂层的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)对铝合金基体金属表面进行清洗,去除油污、氧化层;
(2)将Ni 基材料和TiC 粉末均匀混合作为涂层材料;其中,Ni 基材料中Ni 元素重量含量在75% 以上,涂层材料中TiC 质量百分含量在8-20 wt%;
(3)在氩气保护装置中,采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池;激光处理工艺参数为激光光斑直径4-8mm,功率1.2-2kW,光束扫描速度3-10mm/s;
(4)将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合,利用Ni 与Al 之间化学放热反应,反应后形成TiC 增强Ni3Al 基复合涂层。
2.根据权利要求1 所述铝合金表面熔覆TiC 增强Ni3Al 基复合涂层的方法,其特征在于:所述的Ni 基材料中含有B 元素。
3.根据权利要求1 所述铝合金表面熔覆TiC 增强Ni3Al 基复合涂层的方法,其特征在于:所述的铝合金基体金属为7A06 超硬铝或2A12 硬铝。
4.根据权利要求1或2所述的铝合金表面熔覆TiC 增强Ni3Al 基复合涂层的方法,其特征在于:所述的Ni 基材料为Ni 基合粉末。
5.根据权利要求4所述的铝合金表面熔覆TiC 增强Ni3Al 基复合涂层的方法,其特征在于:所述的Ni 基合为Ni-Cr-B-Si 基合金,Ni-Cr-B-Si 的化学成分Cr 为7.5 wt%,B 为2.5 wt%,Si 为4.0 wt%,Ni 为余量。
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