專利名稱：錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在錫鋁合金表面制備陶瓷膜層的方法，具體涉及一種錫鋁 合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法。
技術(shù)背景隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)大功率、高轉(zhuǎn)速發(fā)動(dòng)機(jī)及世界各國(guó)對(duì)排放要求的 提高，內(nèi)燃機(jī)軸瓦材料不僅需要滿足順應(yīng)性、耐蝕性，它還必須滿足其它一些 性能，如良好的承載能力和抗疲勞強(qiáng)度等。發(fā)明名稱為《微弧氧化鍍覆金屬表面的方法及裝置》，公開(kāi)號(hào)為CN1311354，
公開(kāi)日期為2001.09.05的中國(guó)發(fā)明 專利公布了一種通過(guò)微等離體氧化法在合金表面制備膜層的方法及裝置，其雖 然達(dá)到了耐磨、耐蝕、耐壓絕緣和抗高溫沖擊的特性，但此方法中所采用的材 料仍不能夠滿足現(xiàn)有市場(chǎng)上所需要達(dá)到的減摩性能。錫鋁合金是一種綜合性能 良好的軸承合金，它具有良好的耐磨減摩性、順應(yīng)性等綜合性能，因而應(yīng)用愈 來(lái)愈多，已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫青銅和巴氏合金廣泛地應(yīng)用在高速機(jī)床、柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 等高速重載機(jī)械設(shè)備中。但是錫鋁合金在使用的過(guò)程中會(huì)存在失效問(wèn)題，導(dǎo)致 發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦失效的原因有異物混入、潤(rùn)滑不良、裝配不當(dāng)、過(guò)載和腐蝕等，發(fā) 動(dòng)機(jī)軸瓦的主要失效形式可有劃痕、異物嵌入、磨損、偏磨、擦傷、燒熔等情 況，失效的根源主要在于錫鋁合金軸瓦的耐磨性能不能夠滿足更苛刻的工作條 件需求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決錫鋁合金存在的耐磨性差的缺點(diǎn)，而提出的一種錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法。錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法，它的步驟如下 步驟一將2 12g/L的硅酸鈉和0 2g/L的氟化鈉溶于蒸餾水中制成電解液；步驟二將去掉氧化膜的錫鋁合金置于電解液作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰 極，控制電解液的溫度為15 40。C;接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200 600V之間，正負(fù)相電流密度值為8 30A/dm2，頻率為50 200Hz，通電反應(yīng)時(shí)間 為5 40miru步驟三取出后用水沖凈表面，自然干燥或在80 100"C下烘干。 本發(fā)明的有益效果在于陶瓷膜層優(yōu)異的耐磨、減摩、耐腐蝕、耐熱及電絕 緣性能，陶瓷膜均勻性好，陶瓷膜是在基體上原位生長(zhǎng)，與基體結(jié)合強(qiáng)度高。 利用微等離子體氧化技術(shù)可以同時(shí)對(duì)大量形狀復(fù)雜的零件進(jìn)行全方位的處理， 不受基體尺寸形狀的限制，這是其它表面改性技術(shù)所難以達(dá)到的。陶瓷涂層硬 度的測(cè)試采用HVS-1000數(shù)顯顯微硬度計(jì)；陶瓷涂層的摩擦磨損性能測(cè)試的摩 擦副采用GCrl5軸承鋼球；陶瓷涂層的結(jié)合強(qiáng)度在Instron5569電子萬(wàn)能材料 實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，在錫鋁合金表面形成高硬度耐磨減摩的陶瓷涂層，陶瓷涂層的 總厚度達(dá)32pm以上。陶瓷涂層的最高硬度達(dá)到1400Hv，對(duì)軸承鋼的摩擦系 數(shù)為錫鋁合金基體的4/5，耐磨性高，180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損， 失重率僅為7mg/min，徐層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高于18MPa。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法，它 的步驟如下步驟一將2 12g/L的硅酸鈉和0 2g/L的氟化鈉溶于蒸餾水中制成電 解液；步驟二將去掉氧化膜的錫鋁合金置于電解液作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為15 40°C;接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200 600V 之間，正負(fù)相電流密度值為8 30A/dm2，頻率為50 200Hz，恒流條件下通 電反應(yīng)時(shí)間為5 40min;步驟三取出后用水沖凈表面，自然干燥或在80 100。C下烘干。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟一中去 除氧化膜采用化學(xué)出光前處理方式或用SiC砂紙打磨的方式。其它組成和步驟 與具體實(shí)施方式
一相同。化學(xué)出光前處理方式去除氧化膜的過(guò)程為機(jī)械拋光— 化學(xué)除油—熱水清洗—冷水清洗—化學(xué)拋光—熱水清洗—冷水清洗—出光— 清洗—干燥，如表l所示表1鋁合金的除油、拋光和出光工藝參數(shù)方法組成含量溫度廣c時(shí)間/min化學(xué)除油去污粉室溫2-3H3P04700ml化學(xué)拋光冰醋酸 HN03120ml 30ml100-1202-5出光HN03 H2Q50ml 50ml室溫3采用SiC砂紙去除氧化膜的方式的過(guò)程為首先用400目砂紙打磨10min，然后 用800目砂紙打磨8min，再用1000目砂紙打磨4min，最后沖洗干凈，干燥后 使用。其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟一中的 4 10g/L的硅酸鈉其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟一中的 1 2g/L的氟化鈉。其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟一中的5 9g/L的硅酸鈉和l 1.5g/L的氟化鈉。其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
一 相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟二中的 錫鋁合金中錫含量為3% 30%。其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)高硬度耐磨減摩陶 瓷涂層的方法，它的步驟如下步驟一將8g/L砝酸鈉溶于蒸餾水中制成電解液；步驟二將去掉氧化膜的錫鋁合金置于電解液作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為15 4(TC;接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200 600V 之間、正負(fù)相電流密度值為25A/dm2，頻率為50Hz，正、負(fù)相占空比為0.45， 通電反應(yīng)時(shí)間為30min;步驟三取出后用水沖凈表面，自然干燥或在80 100。C下烘干。 本實(shí)施方式形成涂層的厚度為30pim，最高硬度為1200Hv，與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦系數(shù)為0.12， 180N高載荷 150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min,失重率為7mg/min。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)在于步驟一中 將8g/L的硅酸鈉和lg/L的氟化鈉溶于蒸餾水制成電解液，其余步驟與參數(shù)與具體實(shí)施方式
七相同。本實(shí)施方式形成涂層的厚度為32pm，最高硬度為 1400Hv，與基體的結(jié)合彈度大于18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦系 數(shù)為0.098， 180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min，失重率為6.7mg/min。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七或八的不同點(diǎn)在于步驟 二中的正負(fù)相電流密度值為20A/dm2，其他步驟和參數(shù)具體實(shí)施方式
七或八相 同。
具體實(shí)施方式
七在此電流密度值下所形成涂層的厚度為25pm,最高硬度 為1230Hv，與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦 系數(shù)為0.11， 180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損30min，失重率為 6.8mg/min。
具體實(shí)施方式
八在此電流密度值下所形成涂層的厚度為30,，最 高硬度為1320Hv，與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球 的摩擦系數(shù)為O.IO，耐磨性高，180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min， 失重率為7mg/min;具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七的不同點(diǎn)在于步驟二中的通電反應(yīng)時(shí)間為10min，其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式
七相同。本實(shí)施方 式形成涂層最高硬度為500Hv，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦系數(shù)為0.10， 180N高載荷150rev7min的轉(zhuǎn)速下磨損8min內(nèi)，失重率為7mg/min。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七或八不同點(diǎn)在于步 驟二中的電源頻率調(diào)整為80Hz，其他參數(shù)和步驟與具體實(shí)施方式
七或八相同。
具體實(shí)施方式
七在此頻率下所形成涂層的厚度為25nm，最高硬度為1230Hv， 與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦系數(shù)為0.11， 180N高載荷l50rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損30min，失重率為6.8mg/min。具體實(shí)施 方式八在此頻率下所形成涂層最高硬度為500Hv，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球 的摩擦系數(shù)為0.10， 180N高載荷150rev./min的轉(zhuǎn)速下磨損8min內(nèi)，失重率 為7mg/min。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
八不同點(diǎn)在于步驟一中的氟化鈉調(diào)整為0.5g/L，其他參數(shù)和步驟與具體實(shí)施方式
八相同。本實(shí)施方 式形成涂層的厚度為3(^m，最高硬度為1200Hv，與基體的結(jié)合強(qiáng)度大于 18MPa，該陶瓷膜層對(duì)GCrl5鋼球的摩擦系數(shù)為0.12， 180N高載荷150rev./min 的轉(zhuǎn)速下磨損30min，失重率為7mg/min。
權(quán)利要求
1、錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法，其特征在于它的步驟如下步驟一將2～12g/L的硅酸鈉和0～2g/L的氟化鈉溶于蒸餾水中制成電解液；步驟二將去掉氧化膜的錫鋁合金置于電解液作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為15～40℃；接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200～600V之間、正負(fù)相電流密度值為8～30A/dm2，頻率為50～200Hz，通電反應(yīng)時(shí)間為5～40min；步驟三取出后用水沖凈表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方 法，其特征在于步驟一中去除氧化膜采用化學(xué)出光前處理方式或用SiC砂紙打 磨的方式。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方 法，其特征在于步驟二中的錫鋁合金中錫含量為3% 30%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方 法，其特征在于步驟一中的4 10g/L的硅酸鈉。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l'所述的錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方 法，其特征在于步驟一中的1 2g/L的氟化鈉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方 法，其特征在于步驟一中的5 9g/L的硅酸鈉和1 1.5g/L的氟化鈉。
全文摘要
錫鋁合金表面原位生長(zhǎng)耐磨減摩陶瓷膜層的方法，它涉及錫鋁合金表面制備陶瓷膜層的方法，它解決了錫鋁合金存在的耐磨性差的缺點(diǎn)。它的步驟如下一、將2～12g/L的硅酸鈉和0～2g/L的氟化鈉溶于蒸餾水中制成電解液；二、將去掉氧化膜的錫鋁合金置于電解液作為陽(yáng)極，不銹鋼板作為陰極，控制電解液的溫度為15～40℃；接通電源，調(diào)整峰值電壓在-200～600V之間、正負(fù)相電流密度值為8～30A/dm²，頻率為50～200Hz，恒流條件下通電反應(yīng)時(shí)間為5～40min；三、取出后用水沖凈表面，自然干燥或在80～100℃下烘干。本發(fā)明的陶瓷膜層具有耐磨、減摩、耐腐蝕、耐熱及電絕緣性能，陶瓷膜均勻性好，陶瓷膜是在基體上原位生長(zhǎng)，與基體結(jié)合強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C25D11/02GK101220494SQ20081006391
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者姜兆華, 王志江, 王福平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)