CN115491551A - 一种铝合金铸件及其表面处理方法 - Google Patents
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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
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 (8)
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。
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