一種對金屬材料局部表面改性的方法
2023-10-09 19:49:39 1
專利名稱：一種對金屬材料局部表面改性的方法
技術領域：
本發明涉及 一種對金屬材料局部表面改性的方法，屬於材料表面處 理技術領域。
背景技術：
隨著現代化工業和科技的發展，機械零件經常在複雜和苛刻的條件下工作， 大量零件設備因磨損和斷裂而報廢。為了提高零件的可靠性，延長它們的使用 壽命，防止它們在高速、高溫、重載和腐蝕介質等工作條件下因表面局部損壞 而報廢，世界各國都在研究和應用各種提高零件表面性能的表面改性技術，如 表面化學熱處理、表面形變強化處理、氣相沉積、熱噴塗、高能束熱源表面處 理以及表面鍍層(電鍍、化學鍍和電刷鍍)等。這些表面改性技術的應用，不 僅提高了零件的耐磨性和減摩性，還能賦予零件耐高溫、耐腐蝕等特殊的功能。
電鍍技術是表面改性工程的重要組成部分，利用該技術製備的鍍層不同於 基體金屬，具有防護性、裝飾性及其他性能等多樣性的功能，使得電鍍在國民 經濟的各個生產領域得到越來越廣泛的應用。但是，常規電鍍(槽鍍)具有如
下缺陷①設備複雜，常需要較大的鍍槽設備，不宜攜帶和運輸；②對不能解
體的機件無能為力；③在對局部表面進行修復、塗飾、加工時，必須將整個表 面浸入鍍液中，造成不必要的浪費；④沉積速度不夠快。所以，在對材料的局 部表面改性時，使用常規電鍍產生的效果不是很理想。
目前，高速電噴鍍作為一種對金屬材料局部表面改性技術，電解液的衝 擊不僅對鍍層進行了機械活化，同時限制了部分晶粒在垂直方向上的過快增長, 便於去除鍍層表面的浮層和粗晶粒層，有效地減少了擴散層的厚度，改善了電 沉積過程，使鍍層組織緻密，晶粒細化，提高了鍍層性能，但鍍層與基體存在 成分突變和性能突變，存在鍍層易剝落缺陷，使得高速電噴鍍技術在金屬材料 局部表面改性上的應用產生了難題。
發明內容
本發明的目的在於針對上述現有技術所存在的缺陷和巿場需求， 提供 一 種對金屬材料局部表面改性的方法，以解決高速電噴鍍技術對金 屬材料局部表面進行改性時所存在的鍍層易剝落難題。
為達到上述目的，本發明的技術方案如下
本發明的對金屬材料局部表面改性的方法，是首先釆用常規高速電 噴鍍工藝在金屬材料局部表面製備改性鍍層，然後釆用等離子弧對製備的 改性鍍層進行掃描強化處理，等離子弧掃描強化處理的工藝參數如下等離子 弧噴嘴直徑為0.8mm,噴槍頭部與鍍層表面距離為8 12mm，電流為8 30A，掃 描速度為0.75 2.20mm/s，以氬氣作為介質，保護氣流量為10L/min,離子氣流 量為1.4~ 1.8L/min。
與現有技術相比，本發明通過將高速電噴鍍技術與等離子弧的掃描處理技 術相結合，進行鍍層與基體界面強化結合，在保證鍍層不熔化的情況下，實現 了鍍層與基體的金屬原子間的結合方式由化合層結合向原子間的金屬鍵結合過 渡，從而使鍍層與基體的結合力及鍍層的韌性得到明顯的提高，解決了高速電 噴鍍技術對金屬材料局部表面進行改性時所存在的鍍層易剝落難題。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明做進一步詳細、完整地說明 實施例1
a)按常規高速電噴鍍工藝在鋁合金(7005 )零件表面製備TiN改性鍍層
① 鍍前預處理及中間處理機械拋光——有機溶劑除油——衝洗——化學 除油——熱水衝洗——冷水衝洗——鹼洗——熱水衝洗——冷水衝洗——酸洗 ——熱水衝洗——冷水衝洗。
② 鋁合金表面鍍鋅處理目的主要是防止經常規前處理後的零件表面重新 生成氧化膜和防止零件浸入鍍液後發生金屬置換反應而形成疏鬆的接觸鍍層， 影響鍍層與基體的結合力。
③ 使用高速電噴鍍工藝在鋁合金(7005 )零件表面製備TiN改性鍍層， 高速電噴鍍的工藝參數如下以快速鎳的鍍液體系為基礎鍍液、添加TiN納米
顆粒的複合鍍液為電噴鍍鍍液，電噴鍍噴射速度為4~6.5m/s,噴嘴掃描速度為 10 ~ 25mm/s,噴嘴與樣品間距離保持2 ~ 4mm,電流密度為60 ~ 75 A/dm2，在 40 50'C下電噴鍍10-20min,高速電噴鍍後樣品經蒸餾水衝洗和自然乾燥；其 中鍍液體系的配製方法為將TiN納米顆粒加入水中形成水懸浮液，再加入聚 氧乙烯月桂醚進行分散處理；最後與基礎鍍液混合攪拌10~20min;所得到的鍍 液體系組成為硫酸鎳(NiS04'6H20 ) 263 g/L，檸檬酸三銨(NH4 ) 3C6H507 51.07 g/L,氨水150ml/L， TiN納米顆粒2g/L，聚氧乙烯月桂醚20ml/L，餘量為水， pH值為7.0。
經檢測用高速電噴鍍工藝製備的TiN改性鍍層的表面硬度為670HV25、 鍍層與基體之間的結合力為37 N。
b)使用等離子弧對製備的TiN改性鍍層進行掃描強化處理，等離子弧噴嘴 直徑為0.8mm,噴槍頭部與鍍層表面距離為8 12mm,電流為8 30A,掃描速度 為0.75 2.20mm/s,以氬氣作為介質，保護氣流量為10L/min，離子氣流量為1.4 1.8IVmin。
經檢測經等離子弧掃描處理後，TiN改性鍍層的表面硬度為852 HV25、 鍍層與基體之間的結合力為75 N,分別提高了 27.2 %和103%,可見強化效果 顯著。
權利要求
1.一種對金屬材料局部表面改性的方法，其特徵在於，所述方法是首先採用常規高速電噴鍍工藝在金屬材料局部表面製備改性鍍層，然後採用等離子弧對製備的改性鍍層進行掃描強化處理，等離子弧掃描強化處理的工藝參數如下等離子弧噴嘴直徑為0.8mm，噴槍頭部與鍍層表面距離為8～12mm，電流為8～30A，掃描速度為0.75～2.20mm/s，以氬氣作為介質，保護氣流量為10L/min，離子氣流量為1.4～1.8L/min。
全文摘要
本發明公開了一種對金屬材料局部表面改性的方法，該方法是首先採用常規高速電噴鍍工藝在金屬材料局部表面製備改性鍍層，然後採用等離子弧對製備的改性鍍層進行掃描強化處理。本發明通過將高速電噴鍍技術與等離子弧的掃描處理技術相結合，進行鍍層與基體界面強化結合，在保證鍍層不熔化的情況下，實現了鍍層與基體的金屬原子間的結合方式由化合層結合向原子間的金屬鍵結合過渡，從而使鍍層與基體的結合力及鍍層的韌性得到明顯的提高，解決了高速電噴鍍技術對金屬材料局部表面進行改性時所存在的鍍層易剝落難題。
文檔編號C25D5/08GK101348929SQ20081004232
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者李培耀, 李曼萍, 偉 王, 錢士強, 晨 黃 申請人:上海工程技術大學