CN115491551A

CN115491551A - 一种铝合金铸件及其表面处理方法

Info

Publication number: CN115491551A
Application number: CN202211180080.4A
Authority: CN
Inventors: 冉英; 欧阳春
Original assignee: Suzhou Kai You Electronic Science And Technology Ltd
Current assignee: Suzhou Kai You Electronic Science And Technology Ltd
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2022-12-20

Abstract

本发明公开了一种铝合金铸件，属于金属材料领域，铝合金铸件各元素的质量分数为Mg 2‑8%、Si 3‑12%、Cu 1‑5%、P 0.1‑0.5%、Mn 1‑2%、Ni 0.5‑1.5%，余量为Al，其中Ni与P元素以化学镀制备的Ni3P合金的形式加入。本发明还提供了一种铝合金铸件表面处理方法，将铝合金铸件，打磨清洗好，采用化学镀Ni‑P镀液对表面进行化学镀。本发明部分P元素提高铝合金结晶变质效果，使合金组织更加致密，提升铸件的耐磨性和作用寿命。富Ni相颗粒成球形形貌和细小尺寸，保持了铝合金的高伸长率且提高合金的强度。且后续进行化学镀Ni‑P镀层时，分布在晶界和基体晶粒中Ni3P晶相提供晶粒形核位点，且与涂层形成共格关系，极大地提升了涂层结合力和沉积速率。增强了耐磨和耐腐蚀性。

Description

一种铝合金铸件及其表面处理方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体是一种铝合金铸件及其表面处理方法。

背景技术

铝合金是一种轻质高强金属材料，广泛应用在各行各业上。但是铝合金的耐磨、耐腐蚀性在同类金属材料中并不算优异。因此，铝合金广泛采用阳极氧化，电镀等表面处理方法，以提高其外观的品质。

发明专利CN110359045B披露了具有镀层的铝合金构件和表面处理方法，具有镀层的铝合金构件包括铝合金基材、合金电镀层、第一物理气相沉积PVD层和第二PVD层，合金电镀层和第一PVD层之间形成共格界面或半共格界面；合金电镀层设置于铝合金基材和第一PVD层之间；第一PVD层设置于铝合金基材和第二PVD层之间。本实施例提供的具有镀层的铝合金构件，铝合金基材上电镀有合金电镀层，电镀层上有第一PVD层，第一PVD层上有第二PVD层，第一PVD层为过渡层，第二PVD层为颜色层，合金电镀层和过渡层之间的界面为共格界面或半共格界面，该具有镀层的铝合金构件膜层结合力高，耐磨和抗划性能好，高亮外观效果美观，工艺简单，生产成本低。

但是上述技术仅仅通过镀层的设计，未考虑铝合金本体和镀层之间的结合情况，不同于不锈钢中大量存在Ni元素，表面易于成为Ni-P合金的活性位点，化学镀Ni-P在不锈钢表面大量沉积，而铝合金中金属元素与Ni-P相不匹配，在铝合金表面进行Ni-P镀层，因晶相共格关系，涂层结合力不足是需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝合金铸件，所述铝合金铸件各元素的质量分数为Mg 2-8%、Si 3-12%、Cu 1-5%、P 0.1-0.5%、Mn 1-2%、Ni 0.5-1.5%，余量为Al，其中Ni与P元素以化学镀制备的Ni₃P合金的形式加入，采用真空压力铸造制备铝合金铸件。

进一步的，所述铝合金铸件的原料为纯铝、AlMn中间合金、AlSi中间合金、AlCu、AlMg中间合金、Ni₃P合金。

进一步的，所述铝合金铸件的制备方法具体为：

（1）将原料分别在120℃进行烘干处理；

（2）先将在坩埚中加入铝锭，升温到720℃，待铝锭完全熔化后再加入其它中间合金,搅拌均匀后，保温20min，再进行去渣扒灰；

（3）进行标准压铸，压铸模具温度控制为120℃，压铸速度为2.5m/s，制备得到铝合金铸件。

本发明还提供一种铝合金铸件表面处理方法，将前述铝合金铸件，打磨清洗好，采用化学镀Ni-P镀液对表面进行化学镀。

进一步的，所述化学镀的镀液为：含有35 g/L Ni₂SO₄6H₂O、20g/L NaH₂PO₄水，30g/LC₆H₅O₇Na₃水，40g/L NH₄Cl。

进一步的，所述化学镀在pH=8和温度80-90℃下进行。

进一步的，所述化学镀时间为10min。

进一步的，化学镀后置于400℃退火2h。

有益效果：

1.本发明Ni与P元素以化学镀制备的Ni₃P合金的形式加入到熔体中，部分P元素提高铝合金结晶变质效果，使合金组织更加致密，提升铸件的耐磨性和作用寿命。

2.富Ni相颗粒成球形形貌和细小尺寸，保持了铝合金的高伸长率且提高合金的强度。且后续进行化学镀Ni-P镀层时，分布在晶界和基体晶粒中Ni₃P晶相。

3.本发明的技术成分为化学镀提供晶粒形核位点，且与涂层形成共格关系，极大地提升了涂层结合力和沉积速率。增强了耐磨和耐腐蚀性。

附图说明

图1是Ni-P化学镀的压铸铝合金表面形貌；

图2是压铸铝合金表面形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的解释。

制备压铸铝合金

1. 将纯铝、AlMn中间合金、AlSi中间合金、AlCu、AlMg中间合金、Ni₃P合金在120℃进行烘干处理。其中的质量分数的配比为分别按照下表中的配方比例进行调整。最终Mg 2-8%、Si 3-12%、Cu 1-5%、P 0.1-0.5%、Mn 1-2%、Ni 0.3-1.5%以及余量为Al。

2. 先将在坩埚中加入铝锭，升温到720℃，待铝锭完全熔化后再加入其它中间合金,搅拌均匀后，保温20min，再进行去渣扒灰。

3. 进行标准试验压铸，压铸模具温度控制在120℃，压铸速度为2.5m/s，最后制备得到含Ni₃P相的铝合金压铸件。

最后得到的压铸件，其中元素的质量分数为：

成分	Mg	Si	Cu	P	Mn	Ni	Al
								实施例1	5	4	2	0.3	1.5	0.9	余量
实施例2	5	4	2	0	1.5	0	余量
								实施例3	2	12	1	0.1	1	0.3	余量
实施例4	6	8	3	0.2	2	0.6	余量
								实施例5	8	3	5	0.5	1.3	1.5	余量

高耐磨性以及而蚀性压铸铝合金质量分数为Mg 2-8%、Si 3-12%、Cu 1-5%、P 0.1-0.5%、Mn 1-2%、Ni 0.3-1.5%以及余量为Al，采用真空压力铸造制备Al合金铸件，其中Ni与P元素以化学镀制备的Ni₃P合金的形式加入到熔体中，部分P元素提高铝合金结晶变质效果，使合金组织更加致密，提升铸件的耐磨性和作用寿命。如图2所示，富Ni相颗粒成球形形貌和细小尺寸，保持了铝合金的高伸长率且提高合金的强度。

对压铸件进行Ni-P化学镀。先对压铸铝合金表面进行砂纸打磨，去掉表面氧化层，然后中用超声波在丙醇中清洗打磨的铝合金进行去油，然后用蒸馏水清洗。采用化学镀Ni-P镀液对铝合表面进行电镀。其中镀液为：该浴含有35 g/L Ni₂SO₄6H₂O、20g/L NaH₂PO₄水，30g/L C₆H₅O₇Na₃水，40g/L NH₄Cl。该化学镀液在pH（=8）和温度（80-90℃）下使用。把步骤3打磨清洗好的铝合金转入上镀液中进行电镀，电镀时间为10min。表面化学镀Ni-P镀层的压铸铝合金置于400℃的马氟炉中退火2h。

如图1所示，后续选择如下表所示的铝合金进行化学镀Ni-P镀层时，若有镀层，则设定的化学镀工艺相同，镀层厚度相同，分布在晶界和基体晶粒中Ni₃P晶相，为化学镀提供晶粒形核位点，且与涂层形成共格关系，极大地提升了涂层结合力和沉积速率。

测试方法-划痕法试验。通过涂层附着力试验仪器（Revetest-RST³），通过自动加载机构将负荷连续加至划针（金刚石压头）上，同时移动试样，通过传感器获得划痕时的载荷变化、切向力的变化量。从而得到涂层与基体的结合强度（临界载体）。具体参数为加荷速率20 N/min，加载压头为金钢石压头，锥角120°，尖端半径R = 0.2 mm。镀层的五个位置进行测试取平均值。测试情况如下表所示。

实施例	Ni<sub>3</sub>P	镀层	腐蚀电流密度/µA/cm2	划痕试验附着力/N
					实施例6	0.3%	无Ni-P镀层	0.12	无
实施例7	0.3%	Ni-P镀层	0.39	50.5
					实施例8	0%	Ni-P镀层	0.5	35.6
实施例9	0.1%	Ni-P镀层	0.45	38.5
					实施例10	0.2%	Ni-P镀层	0.48	42.2
实施例11	0.5%	Ni-P镀层	0.46	43.8

通过对比发现，若没有Ni-P镀层，其耐腐蚀性能很差。若铝合金本体中不含Ni₃P，仅仅在其上进行Ni-P镀，其结合很差，耐磨性能不佳。在铝合金本体中存在Ni₃P，再化学镀上镀层，其耐磨性能都得到了显著的提高。其中0.3%Ni₃P的基础上再加上镀层，其耐磨性能最佳。而实施例11，0.5%Ni₃P，并施加相同的Ni-P镀，发现其耐腐蚀性提升较多，而同时保持着较好的耐磨性，是较佳的实施方案。

上述实施例，仅是用以举例说明本发明的实施可能性，具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims

1.一种铝合金铸件，其特征在于，所述铝合金铸件各元素的质量分数为Mg 2-8%、Si 3-12%、Cu 1-5%、P 0.1-0.5%、Mn 1-2%、Ni 0.5-1.5%，余量为Al，其中Ni与P元素以化学镀制备的Ni₃P合金的形式加入。

2.根据权利要求1所述铝合金铸件，其特征在于，所述铝合金铸件的原料为纯铝、AlMn中间合金、AlSi中间合金、AlCu、AlMg中间合金、Ni₃P合金。

3.根据权利要求2所述铝合金铸件，其特征在于，所述铝合金铸件的制备方法具体为：

将原料分别在120℃进行烘干处理；

先将在坩埚中加入铝锭，升温到720℃，待铝锭完全熔化后再加入其它中间合金,搅拌均匀后，保温20min，再进行去渣扒灰；

进行标准压铸，压铸模具温度控制为120℃，压铸速度为2.5m/s，制备得到铝合金铸件。

4.一种铝合金铸件表面处理方法，其特征在于，将权利要求1~3任何之一的铝合金铸件，打磨清洗好，采用化学镀Ni-P镀液对表面进行化学镀。

5.根据权利要求4所述铝合金铸件表面处理方法，其特征在于，所述化学镀的镀液为：含有35 g/L Ni₂SO₄6H₂O、20g/L NaH₂PO₄水，30g/L C₆H₅O₇Na₃水，40g/L NH₄Cl。

6.根据权利要求4所述铝合金铸件表面处理方法，其特征在于，所述化学镀在pH=8和温度80-90℃下进行。

7.根据权利要求4所述铝合金铸件表面处理方法，其特征在于，所述化学镀时间为10min。

8.据权利要求4所述铝合金铸件表面处理方法，其特征在于，化学镀后置于400℃退火2h。