專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni₃Al基復(fù)合涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高能束表面改性領(lǐng)域，尤其涉及鋁合金激光表面處理的方法。
背景技術(shù)：
鋁合金是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的材料之一，鋁合金具有密度小、比剛度和比強(qiáng)度高、易加工、熱導(dǎo)率高、電導(dǎo)率高等諸多優(yōu)良性能，在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、光學(xué)精密儀器、機(jī)車(chē)車(chē)廂等獲得了成功的應(yīng)用，為了減輕重量、降低能耗，提高效率和增強(qiáng)機(jī)動(dòng)性能都竭盡可能地以鋁代銅，甚至代鋼。在汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域里西方發(fā)達(dá)國(guó)家鋁合金的用量逐漸增加。但鋁合金表面硬度較低、摩擦系數(shù)高、磨損大、高溫性能差，這大大降低了鋁合金的應(yīng)用范圍。大多數(shù)金屬間化合物具有金屬鍵，其價(jià)電子不同于金屬晶體中存在大量的自由電子，也不同于共價(jià)化合物那樣完全被束縛在穩(wěn)定的原子軌道上，而存在著部分自由運(yùn)動(dòng)的電子，其結(jié)合鍵介于共價(jià)鍵和金屬鍵之間。這種結(jié)構(gòu)使金屬間化合物既保持了與金屬材料接近的某些物理性能，而且又在熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等使用性能上接近于陶瓷材料。從而在應(yīng)用上介于金屬材料和陶瓷材料使用性能的空白，使其與金屬基體具有更好的匹配性，又能提高其硬度、強(qiáng)度等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是無(wú)法采用熱處理提高鋁合金耐磨性，或采用一般的熔覆技術(shù)提高硬度、耐磨性有限等技術(shù)問(wèn)題，提供一種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法。為了解決上述問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:一種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，包括以下步驟: (1)對(duì)鋁合金基體金屬表面進(jìn)行清洗，去除油污、氧化層；
(2)將Ni基材料和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中，Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上；
(3)在氬氣保護(hù)裝置中，采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池；
(4)將涂層材料送入熔池而形成與鋁合金基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。所述的涂層材料中TiC含量在8-20 (wt) %。所述的Ni基材料中含有B元素。所述的激光處理工藝參數(shù)為激光光斑直徑4_8mm，功率1.2_2kW，光束掃描速度3-10mm/so所述的招合金基體金屬為7A06超硬招或2A12硬招。所述的Ni基材料為Ni基合粉末。所述的Ni基合為N1-Cr-B-Si基合金，N1-Cr-B-Si的化學(xué)成分Cr為7.5 (wt) %，B 為 2.5 (wt) %，Si 為 4.0 (wt) %，Ni 為余量。
Ni3Al基合金具有抗氧化性好，密度小，較高的室溫加工硬化率和較高的高溫強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。多晶Ni3Al中加入少量的B可使室溫塑性大幅度提高。本發(fā)明主要應(yīng)用了在Al熔化為液態(tài)后能夠與Ni發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成大量的熱，進(jìn)一步熔化Ni基合金，反應(yīng)迅速，而且Al合金導(dǎo)熱快，實(shí)現(xiàn)快速冷卻。因此Al基體加熱的初始溫度不高，涂層的晶粒細(xì)小，耐磨性和熱疲勞性能優(yōu)良等特點(diǎn)。本發(fā)明具有制備過(guò)程穩(wěn)定，基本無(wú)飛濺或燒損，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)；所制備的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層具有表面質(zhì)量良好、TiC分布彌散均勻、晶粒細(xì)小、與基體構(gòu)成冶金結(jié)合、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
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實(shí)施例1:一種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，包括以下步驟:(I)選擇7A06超硬鋁作為基體，對(duì)其表面進(jìn)行清洗，放入合適的充滿(mǎn)氬氣保護(hù)氣氛容器中。(2)以一 N1-Cr-B-Si基合金和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中TiC含量為10 (wt) %，N1-Cr-B-Si 的化學(xué)成分 Cr 為 7.5 (wt) %，B 為 2.5 (wt) %，Si 為 4.0 (wt) %，Ni為余量。(3)采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池；激光處理工藝參數(shù)為激光光斑直徑6mm，功率1.2kW，光束掃描速度8mm/s。(4)將涂層材料送入熔池而形成與基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。對(duì)熔覆后的試樣界面的元素分布進(jìn)行分析^1、附、&、31、8元素在界面處的濃度呈現(xiàn)緩慢的過(guò)渡趨勢(shì)，這說(shuō)明鎳基合金與Al基體之間形成化學(xué)冶金結(jié)合。另外，TiC基本均勻分布其中。·實(shí)施例2:—種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，包括以下步驟:
(I)選擇2A12硬鋁為基體，對(duì)其表面進(jìn)行清洗，放入合適的充滿(mǎn)氬氣透明保護(hù)氣氛裝置中。(2)以N1-Cr-B-Si基合金和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中TiC含量為12(wt) %,N1-Cr-B-Si 的化學(xué)成分 Cr 為 7.5 (wt) %，B 為 2.5 (wt) %, Si 為 4.0 (wt) %,Ni 為余量。(3)采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池；激光處理工藝參數(shù)為激光光斑直徑8mm，功率1.5kW，光束掃描速度10mm/s。(4)將涂層材料送入熔池而形成與基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。實(shí)施例3:—種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，包括以下步驟:
(I)對(duì)鋁合金基體金屬表面進(jìn)行清洗，去除油污、氧化層；(2)將Ni基材料和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中，Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上，涂層材料中TiC含量在8-20 (wt) % ；(3)在氬氣保護(hù)裝置中，采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池；(4)將涂層材料送入熔池而形成與鋁合金基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。所述的激光處理工藝參數(shù)為激光光斑直徑4_8mm，功率1.2_2kW，光束掃描速度3-10mm/so
權(quán)利要求
1.一種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)對(duì)鋁合金基體金屬表面進(jìn)行清洗，去除油污、氧化層； (2)將Ni基材料和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中，Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上； (3)在氬氣保護(hù)裝置中，采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池； (4)將涂層材料送入熔池而形成與鋁合金基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的涂層材料中TiC含量在8-20 (wt) %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的Ni基材料中含有B元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的激光處理工藝參數(shù)為激光光斑直徑4-8mm，功率1.2_2kW，光束掃描速度3_10mm/S。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的鋁合金基體金屬為7A06超硬鋁或2A12硬鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3 所述的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的Ni基材料為Ni基合粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，其特征在于:所述的Ni基合為N1 -Cr-B-Si基合金，N1-Cr-B-Si的化學(xué)成分Cr為7.5 (wt)%，B為.2.5 (wt) %，Si 為 4.0 (wt) %，Ni 為余量。
全文摘要
一種鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層的方法，包括以下步驟(1)對(duì)鋁合金基體金屬表面進(jìn)行清洗，去除油污、氧化層；(2)將Ni基材料和TiC粉末均勻混合作為涂層材料；其中，Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上；(3)在氬氣保護(hù)裝置中，采用激光束對(duì)鋁合金基體金屬表面形成熔池；(4)將涂層材料送入熔池而形成與鋁合金基體金屬冶金結(jié)合，利用Ni與Al之間化學(xué)放熱反應(yīng)，反應(yīng)后形成TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層。本發(fā)明具有制備過(guò)程穩(wěn)定，基本無(wú)飛濺或燒損，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)；所制備的鋁合金表面熔覆TiC增強(qiáng)Ni3Al基復(fù)合涂層具有表面質(zhì)量良好、TiC分布彌散均勻、晶粒細(xì)小、與基體構(gòu)成冶金結(jié)合、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/34GK103233223SQ20131015488
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者盧金斌, 王志新, 張旺璽, 趙彬, 彭竹琴 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院