一種鋁合金Cr‑Mn‑Si‑C‑Ni‑Cu‑Al耐磨塗層的方法與流程
2023-08-02 17:41:06
本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法。
背景技術：
材料學科學家及工程技術人員一直對鋁基材料進行不斷深入的研究，鋁基材料也由傳統的鑄造鋁合金髮展到改性鋁合金和鋁基複合材料。鋁基複合材料使得鋁合金的耐磨性和強度等綜合機械性能到了大幅度提高。然而，鋁基材料熔點低、硬度低和耐磨性差的缺陷仍沒有得到根本的克服，這在很大程度上限制了鋁合金的應用範圍。多年來，為了克服鋁合金的不足，鋁合金的整體改性和表面改性一直是人們努力的方向。
雷射熔覆技術具有很多優點及雷射熔覆塗層的優異性能，各國學者和技術人員均在不斷地對其進行深入研究，不斷地開拓其應用領域。隨著材料科學、計算機應用科學、自動控制技術及雷射熔覆技術自身的發展，雷射熔覆技術在工業領域的多個方面已獲得應用或者存在巨大潛在應用。
通過在普通材料表面雷射熔覆具有特定性能的異質村料，可以獲得具有特定性能的優質塗層，達到對普通材料表面改性的目的，延長零部件使用壽命，擴大普通材料的使用範圍。這種表面改性包括改善材料表面的強度、耐磨性、耐腐蝕性(包括酸、鹼、鹽腐蝕及氣體腐蝕)及耐高溫性等。
但鋁合金在空氣中極易被氧化，在表面生成一層氧化膜。鋁合金表面的氧化膜的熔點很髙，不易熔化，且其比重比鋁大，因而就會在雷射熔覆產生的熔池中下沉，在界面上形成夾雜或者氣孔，影響熔覆質量。要想獲得高質量的塗層，就想要辦法儘量除去氧化膜。目前去除Al2O3的方法有機械法、自造渣元素法及綜合法等。這幾種方法中，綜合法操作較為複雜，不適應大規模的生產應用，主要局限於實驗室研究；機械法因為其操作簡單，應用較廣泛，但去除氧化膜不徹底，效果不理想；自造渣元素法目前已經在工業生產中得到成功應用。因此鋁合金表面進行雷射熔覆還有難以克服的缺陷。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，能夠大幅提高鋁合金的耐磨性能。
本發明的在先申請提出了一種「一種鋁合金雷射熔覆Si-Cr-B-W-Al耐磨塗層的方法」，其在鋁合金表面熔覆一層Si-Cr-B-W-Al耐磨塗層，大大提高了鋁合金的耐磨性能。但由於其採用W，其加工困難、熔融共混也存在一定難度，因此本發明對其進行改進，以找到替換W的物質。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大於Ra25；
(2)將噴砂粗化處理後的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將Cr 10-14wt％，Mn 3-4wt％，Si 3.75-4.75wt％，C 0.65-0.75wt％，Ni4-7wt％、Cu 0.5-3wt％和餘量鋁的複合粉末混合均勻，研磨後調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的塗覆於鋁合金基材表面，在100-140℃下乾燥；
(5)採用雷射熔覆，其雷射功率為2-10kW，光斑寬度3-10mm，掃描速度2-5mm/s，將所述熔覆，得到熔覆於鋁合金表面的Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層。
本發明的塗層中，銅的加入，使得合金具有優良的減摩作用，同時在熔覆層與鋁合金基材表面形成穩定的金屬間化合物Al2Cu和Al2Cu3等，提供了優良的結合強度。
本發明的耐磨金屬塗層中，通過加入Si，在雷射熔覆時，會生成SiC相，以及部分Cr2O3相，能夠大幅提高塗層的耐磨性能。
本發明所述的耐磨塗層厚度，本領域技術人員可以根據鋁合金基體應用環境的磨損情況來具體選擇，如果磨損嚴重，則塗層厚一些，如果磨損沒有特別嚴重，就可以薄一些。本發明不再就耐磨塗層的厚度進行特別限定。
本發明通過雷射熔覆，在鋁合金表面熔覆一層Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層，其硬度大於340HV0.2，較基體鋁合金性能提高5倍以上。大大增加了鋁合金的耐磨性能。
具體實施方式
下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。
實施例1
一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大於Ra25；
(2)將噴砂粗化處理後的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將Cr 10wt％，Mn 3wt％，Si 3.75wt％，C 0.6wt％，Ni 4wt％、Cu 0.5wt％和餘量鋁和餘量鋁的複合粉末混合均勻，研磨後調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的塗覆於鋁合金基材表面，在100℃下乾燥；
(5)採用雷射熔覆，其雷射功率為2kW，光斑寬度3mm，掃描速度2mm/s，將所述熔覆，得到熔覆於鋁合金表面的Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層。
本實施例通過雷射熔覆，在鋁合金表面熔覆一層Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層，其硬度為348HV0.2。
實施例2
一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大於Ra25；
(2)將噴砂粗化處理後的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將Cr 14wt％，Mn 4wt％，Si 4.75wt％，C 0.75wt％，Ni 7wt％、Cu 3wt％和餘量鋁的複合粉末混合均勻，研磨後調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的塗覆於鋁合金基材表面，在140℃下乾燥；
(5)採用雷射熔覆，其雷射功率為10kW，光斑寬度10mm，掃描速度5mm/s，將所述熔覆，得到熔覆於鋁合金表面的Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層。
本實施例通過雷射熔覆，在鋁合金表面熔覆一層Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層，其硬度位354HV0.2。
實施例3
一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大於Ra25；
(2)將噴砂粗化處理後的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將Cr 11wt％，Mn 4wt％，Si 4wt％，C 0.7wt％，Ni5wt％、Cu1wt％和餘量鋁的複合粉末混合均勻，研磨後調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的塗覆於鋁合金基材表面，在100℃下乾燥；
(5)採用雷射熔覆，其雷射功率為6kW，光斑寬度4mm，掃描速度3mm/s，將所述熔覆，得到熔覆於鋁合金表面的Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層。
本實施例通過雷射熔覆，在鋁合金表面熔覆一層Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層，其硬度大於361HV0.2。
實施例4
一種鋁合金Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層的方法，其包括：
(1)將鋁合金基材噴砂粗化處理，粗糙度大於Ra25；
(2)將噴砂粗化處理後的鋁合金基材除去表面雜質；
(3)將Cr 12wt％，Mn 4wt％，Si 4.25wt％，C 0.68wt％，Ni 6wt％、Cu 2wt％和餘量鋁的複合粉末混合均勻，研磨後調配成料漿；
(4)將所述料漿均勻的塗覆於鋁合金基材表面，在110℃下乾燥；
(5)採用雷射熔覆，其雷射功率為8kW，光斑寬度6mm，掃描速度3mm/s，將所述熔覆，得到熔覆於鋁合金表面的Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層。
本實施例通過雷射熔覆，在鋁合金表面熔覆一層Cr-Mn-Si-C-Ni-Cu-Al耐磨塗層，其硬度大於347HV0.2。