專利名稱：鋁合金表面預(yù)先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及鋁合金表面復(fù)合材料的制備方法，具體地說是一種鋁合金表面預(yù)先 合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法。
背景技術(shù)：
鋁合金由于其重量輕、耐腐蝕的優(yōu)點是現(xiàn)代制造業(yè)中最常使用的金屬材料。幾乎 各種工業(yè)部門的設(shè)備、各種工具、建筑材料、生活用品的都離不開鋁合金材料。隨著技術(shù)的 發(fā)展，鋁合金材料的應(yīng)用范圍越來越廣泛?，F(xiàn)有技術(shù)鋁合金材料的缺點是硬度低；耐磨性 差。使得鋁合金材料制做的設(shè)備和產(chǎn)品壽命短；同時也極大的限制了鋁合金材料的應(yīng)用。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代裝備業(yè)、制造業(yè)迫切需要有硬度高、耐磨性強的鋁合金材料做為 原料制造出更為先進(jìn)的裝備、設(shè)備、工具、用品等等。但是這個問題無法解決，鋁合金材料的 缺點是一個人們長期渴望解決的技術(shù)難題。目前采用納米陶瓷顆粒作為增強物制備的鋁基激光熔覆層由于納米陶瓷顆粒相 互吸附團(tuán)聚造成涂層晶粒尺寸和成分不均勻性，使得其難以在工業(yè)上應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)對于納米粉末的預(yù)置有以下3種方法1、機械混合使納米陶瓷粉末與其他粉末混合均勻，然后制成料漿，直接涂敷在基 體表面或烘干后預(yù)置在基體表面；或直接將納米陶瓷粉末粘附在基體表面。2、納米陶瓷顆粒表面涂敷金屬，增大納米陶瓷粒子的粒徑，提高其分散性。3、熱噴涂將納米陶瓷粉末預(yù)置在基體表面，通過激光重熔形成激光熔覆層。上述方法都存在著缺點納米陶瓷粒子，通過機械混合難以得到很好的分散效果； 表面涂敷金屬也只能使其分散性得到一定改善，不能解決納米陶瓷粒子的分散性問題；熱 噴涂將納米陶瓷粒子預(yù)置在基體表面，會破壞納米陶瓷粒子的原始形態(tài)；而且處理工藝復(fù) 雜，難以在實際中應(yīng)用。因此發(fā)明一種工藝簡單、操作容易、生產(chǎn)成本低、鋁合金材料硬度高、耐磨性強的 鋁合金表面復(fù)合材料的制備方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、操作容易、生產(chǎn)成本低、鋁合金材料硬度高、 耐磨性強的鋁合金表面復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的一種鋁合金表面預(yù)先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法，步驟如下(1)丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；(2)對清洗過的鋁合金噴丸處理使表面粗化；(3)配制質(zhì)量百分比濃度0. -0. 3%的HgCl2催化劑溶液；(4) 5-95°C下將HgCl2催化劑溶液敷在鋁合金表面，制得表層納米氧化鋁；(5)將步驟(4)產(chǎn)物激光熔覆，工藝條件如下激光輸出功率為2-5KW ；激光光斑直徑l-3mm;掃描速度5-15mm/s ；多道搭接、搭接率50% ；氬氣保護(hù)；制得納米氧化鋁增強激
光熔覆層。步驟(3)中溶劑為水。本發(fā)明要點在于清洗鋁合金表面；催化劑溶液涂敷鋁合金表層，制得納米氧化鋁；激光熔覆，制得 納米氧化鋁增強激光熔覆層。通過本發(fā)明制備出來的鋁合金復(fù)合材料顯微硬度為HV300，比 基體提高3-4倍；耐磨性能比基體提高5-7倍。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，其顯著特征是用于鋁基激光熔覆層的納米氧化鋁不是 外加的，而是通過化學(xué)反應(yīng)在鋁合金表面預(yù)先合成的；預(yù)先合成的納米氧化鋁在隨后的激 光熔覆過程中，會燒結(jié)成相互橋連的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其強化效果優(yōu)于單純顆粒增強、短纖維增 強、顆粒/短纖維混雜增強的強化效果。本發(fā)明過程中的鋁合金表面預(yù)處理，使用丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；采 用噴丸處理使鋁合金表面粗化；是為了提高化學(xué)反應(yīng)效果。丙酮清洗和噴丸處理為公知的 已有技術(shù)。本發(fā)明使用濃度為0. 1-0. 3%的HgCl2水溶液作為合成納米氧化鋁的催化劑；將 催化劑涂敷在鋁合金表面，5-95°C下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，鋁合金表面生成納米氧化鋁。將表面預(yù)先合成納米氧化鋁的鋁合金在激光輸出功率2-5KW、光斑直徑l_3mm和 掃描速度5-15mm/s下進(jìn)行掃描，制備鋁基激光熔覆層。激光熔覆前的納米氧化鋁為直徑10-20nm、長度達(dá)到毫米級的氧化鋁納米纖維； 激光熔覆后，納米氧化鋁增強物為相互橋連的網(wǎng)狀納米結(jié)構(gòu)，具有顯著的納米強化效應(yīng)。本發(fā)明使用的催化劑原料為可溶性汞鹽，例如實施例中為HgCl2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下鋁合金表面通過化學(xué)合成納米氧化鋁，可以避免金屬表面外加納米陶瓷粉；不會 帶來納米粒子相互團(tuán)聚的問題。鋁合金表面合成的納米氧化鋁為直徑10-20nm，長度達(dá)到毫米級的氧化鋁納米纖 維，在隨后的激光熔覆過程中，氧化鋁納米纖維會燒結(jié)形成相互橋連的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其強化效 果要好于單純的顆粒、短纖維增強或顆粒/短纖維混雜增強的強化效果。本發(fā)明的優(yōu)點是1、制備工藝簡單、操作容易。2、鋁合金材料硬度高、耐磨性強，應(yīng)用廣泛。3、鋁合金復(fù)合材料生產(chǎn)成本低。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說明。實施例1 鋁合金為6061合金，用丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物，采用噴丸處理使鋁合 金表面粗化。配制質(zhì)量百分比濃度為0. 的HgCl2水溶液=HgCl2IO克，去離子水10公斤，均勻
混合，做為催化氧化反應(yīng)的催化劑。將催化劑涂敷在鋁合金表面，在95°C下，在鋁合金表面合成一層納米氧化鋁。將表面預(yù)先合成納米氧化鋁的鋁合金，進(jìn)行激光熔覆，工藝條件為 激光輸出功率2KW、激光光斑直徑為1mm、掃描速度為5mm/s、多道搭接的搭接率為50%、氬 氣保護(hù)，制備納米纖維氧化鋁激光熔覆層。本實施例制備的納米纖維氧化鋁激光熔覆層顯 微硬度為HV300，比基體提高3. 75倍；耐磨性能比基體提高6. 51倍。 實施例2 鋁合金基體為6061合金。使用丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物，采用噴丸處理 使鋁合金表面粗化。配制質(zhì)量百分比濃度為0. 2%的HgCl2水溶液，HgCl220克，去離子水 10公斤，均勻混合，做為催化氧化反應(yīng)的催化劑。將催化劑涂敷在鋁合金表面，在25°c下， 鋁合金表面合成一層納米氧化鋁。將表面預(yù)先合成納米氧化鋁的鋁合金，進(jìn)行激光熔覆，激 光熔覆工藝如下激光輸出功率為3KW、激光光斑直徑為2mm、掃描速度為10mm/S、多道搭接 的搭接率為50 %、氬氣保護(hù)，制備納米纖維氧化鋁激光熔覆層。本實施例制備的納米纖維氧化鋁激光熔覆層的顯微硬度為HV286，比基體提高 3. 58倍；耐磨性能比基體提高5. 73倍。實施例3:鋁合金基體為6061合金。使用丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物，采用噴丸處理 使鋁合金表面粗化。配制質(zhì)量百分比濃度為0. 3%的HgCl2水溶液，HgCl260克，去離子水 20公斤，均勻混合，做為催化氧化反應(yīng)的催化劑。將催化劑涂敷在鋁合金表面，在65°C下， 鋁合金表面合成一層納米氧化鋁。將表面預(yù)先合成納米氧化鋁的鋁合金，進(jìn)行激光熔覆，工 藝如下激光輸出功率為4KW、激光光斑直徑為3mm、掃描速度為15mm/s、多道搭接的搭接率 為50%、氬氣保護(hù)，制備納米纖維氧化鋁激光熔覆層。本實施例制備的納米纖維氧化鋁激光熔覆層的顯微硬度為HV251，比基體提高 3. 14倍；耐磨性能比基體提高5. 12倍。上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)， 所做的任何修改和變化，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鋁合金表面預(yù)先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法，步驟如下(1)丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；(2)對清洗過的鋁合金噴丸處理使表面粗化；(3)配制質(zhì)量百分比濃度0.1％-0.3％的HgCl2催化劑溶液；(4)5-95℃下將HgCl2催化劑溶液敷在鋁合金表面，制得表層納米氧化鋁；(5)將步驟(4)產(chǎn)物激光熔覆，工藝條件如下激光輸出功率為2-5KW；激光光斑直徑1-3mm；掃描速度5-15mm/s；多道搭接、搭接率50％；氬氣保護(hù)；制得納米氧化鋁增強激光熔覆層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金表面預(yù)先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法，其 特征在于步驟(3)溶劑為水。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋁合金表面復(fù)合材料，一種鋁合金表面預(yù)先合成納米氧化鋁增強激光熔覆層的方法?，F(xiàn)有鋁合金材料的缺點是硬度低；耐磨性差。本發(fā)明方法如下丙酮清洗鋁合金表面的油污和臟物；對清洗過的鋁合金噴丸處理使表面粗化；配制質(zhì)量百分比濃度0.1％-0.3％的HgCl2催化劑溶液；5-95℃下將HgCl2催化劑溶液敷在鋁合金表面，制得表層納米氧化鋁；將上述產(chǎn)物激光熔覆，工藝條件為激光輸出功率為2-5KW；激光光斑直徑1-3mm；掃描速度5-15mm/s；多道搭接、搭接率50％；氬氣保護(hù)；制得納米氧化鋁增強激光熔覆層。本發(fā)明的優(yōu)點是制備工藝簡單；鋁合金材料生產(chǎn)成本低、硬度高、耐磨性強，應(yīng)用廣泛。
文檔編號C23C24/10GK101812685SQ20101016541
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者楊琪 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)