專利名稱：一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面合金化的方法，更具體地說是涉及一種通過 改進(jìn)的鑄滲方法強(qiáng)化鋁合金表面的方法。
背景技術(shù)：
鋁在全球的產(chǎn)量僅次于鐵，鋁合金包括鋁基復(fù)合材料具有密度小、熱 膨脹系數(shù)低、比剛度和比強(qiáng)度高等諸多優(yōu)異的性能，但鋁及其合金材料硬 度低，耐磨性差，易產(chǎn)生晶間的腐蝕，其應(yīng)用受到了限制。尤其在兩個(gè)或 多個(gè)零件之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其鋁合金零件表面必須經(jīng)過強(qiáng)化處理。把某些材料如Ni、 WC、 A1203、 SiC、 W、 Cr、 Mo和碳材料等根據(jù)要求進(jìn)行組 合，然后將組合材料結(jié)合在鉬合金件的表面，可以在鋁合金零件的表面形 成一層鋁基復(fù)合材料，這將使鋁合金表面的性能有很大的提高，例如耐磨 性，耐熱性，表面硬度，表面強(qiáng)度等。提高鋁合金件表面耐磨性的材料大 致分為兩類 一類是在鋁合金件表面形成硬質(zhì)粒子，提高表面硬度，產(chǎn)生 抗磨作用的材料，如Cr、 Ni、 WC、 SiC、 Al^等；另一類是減少摩擦表面的 摩擦系數(shù)，產(chǎn)生減磨作用的材料，如石墨、二硫化鉬、二硫化錫等，但這 些減磨材料在減少摩擦系數(shù)的同時(shí)，也使鋁合金表面強(qiáng)度和表面硬度有所 降低，石墨是這類材料的典型代表。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是采用新型材料加硬質(zhì)材料的組合替代傳 統(tǒng)石墨加硬質(zhì)材料的組合來提高鋁合金件表面硬度，本發(fā)明在減少摩擦表 面摩擦系數(shù)的同時(shí)可以使鋁合金表面強(qiáng)度和表面硬度不降低。本發(fā)明釆用的技術(shù)方案 一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，包括下列步驟:a. 將含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料涂敷在鑄型的表面，使涂層干 燥，保持鑄型溫度為室溫到300°C;b. 將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝 固結(jié)東后鋁合金鑄件的表面形成了 一層含有碳纖維粉的鉬合金基復(fù)合材 料。步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比 碳纖維粉7. 5%、 A1203 75%、水玻璃(m=2. 2) 12.5%、 H3B03 5%。步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比 碳纖維粉20%、 A1203 60°/。、水玻璃12%、 H3B03 8%。步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比 碳纖維粉10%、 A1203 40%、粒度<200目的Cr 34%，水玻璃10%、 H3B03 6%。步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比 碳纖維粉13%、 A1203 60%、粒度<200目的Ni 11%，水玻璃10%、 H3B03 6%。發(fā)明的有益效果，傳統(tǒng)的鑄滲涂敷料包括有石墨，石墨外觀呈黑色， 有脂肪質(zhì)的滑膩感，具有明顯的層狀六方晶體結(jié)構(gòu)，石墨分子結(jié)構(gòu)使用一 層內(nèi)的碳原子牢固地結(jié)合在一起，不易破壞，而層與層之間的結(jié)合力較弱， 受剪切力的作用后容易滑移，是一種良好的固體潤滑劑，摩擦系數(shù)為0. 05~ 0.19。但石墨硬度很小，顆粒狀的外形鑲嵌在鉬合金件的表面，易產(chǎn)生剝 落，使鋁合金件的表面硬度下降。碳纖維是經(jīng)高溫?zé)崽幚碛商荚咏M成的 纖維狀碳材料，晶體結(jié)構(gòu)介于有序和無序之間。商用碳纖維直徑一般在 0.7 1.1)im之間，拉伸強(qiáng)度約7GPa，屬高強(qiáng)度的纖維材料。由碳纖維制 的碳纖維粉是一種新型的纖維型粉狀碳材料，碳纖維粉除了低摩擦系數(shù)外， 還具有高的拉伸強(qiáng)度，纖維狀的外型鑲嵌在金屬基體中不易剝落，且對(duì)鉬 合金基體的不同部位起著牽拉作用，提高鋁合金件的表面強(qiáng)度。所以，本 發(fā)明在使用硬質(zhì)材料提高鋁合金件表面硬度的同時(shí)用碳纖維粉替代傳統(tǒng)的 石墨，能夠在減少摩擦表面的摩擦系數(shù)的同時(shí)使鉬合金表面強(qiáng)度和表面硬 度不降低。


圖l是本發(fā)明裝置圖；圖2是本發(fā)明鑄件金相顯微結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，如圖1所示 一種 強(qiáng)化鋁合金表面的方法，包括下列步驟 一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，包 括下列步驟a.將含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料涂敷在鑄型的表面， 使涂層干燥，保持鑄型溫度為室溫到30(TC;b.將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在 外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié)東后鋁合金鑄件的表面形成了 一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料，如圖2所示。經(jīng)測定該鋁合金基復(fù)合材料HB (布式硬度)為"7.6。 實(shí)施例1將下列組成的涂敷料，質(zhì)量百分比A1203: 75%、水玻璃(n^2. 2 ): 11 5%、 H3B03: 5%，碳纖維粉7. 5%、涂敷在鑄型的表面，涂層厚度為lmm,經(jīng)120°C 烘烤30分鐘，使涂層干燥，保持鑄型溫度為100°C,將液態(tài)鋁合金注入鑄 型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場(輸入電壓50V)作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié)東后鋁 合金鑄件的表面形成了 一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。測定HB(布 式硬度)147.6。實(shí)施例2石墨粉含碳量> 99.85%,灼燒殘?jiān)?lt;0.15%，顆粒度《30)am。將下 列傳統(tǒng)組成的涂敷料，質(zhì)量百分比石墨粉20%、 A1203: 60%、水玻璃12%、 H3B03: 8%,涂敷在鑄型的表面，烘烤溫度12(TC,時(shí)間為30分鐘，使涂層干 燥，保持鑄型溫度為30(TC,將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用 下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié)束后鋁合金鑄件的表面形成了一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。測定HB(布式硬度)133.6。 實(shí)施例3碳纖維粉含碳量>98%,規(guī)格為200目，密度1.74g/cm3。將下列組 成的涂敷料，質(zhì)量百分比碳纖維粉20%、 A1203: 60%、水玻璃12%、 H3B03: 8%，涂敷在鑄型的表面，烘烤溫度12(TC，時(shí)間為30分鐘，使涂層干燥，保 持鑄型溫度為30(TC,將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行 冷卻凝固，凝固結(jié)束后鋁合金鑄件的表面形成了一層含有碳纖維粉的鋁合 金基復(fù)合材料。測定HB (布式硬度)158.6。對(duì)比實(shí)施例2和實(shí)施例3， 鋁合金件表面涂層材料僅存在碳纖維粉取代石墨粉的區(qū)別，然而這種區(qū)別 對(duì)鋁合金件表面硬度有著顯著地影響，用碳纖維粉取代石墨粉使鋁合金件 的表面硬度提高了 18.7%。實(shí)施例4碳纖維粉含碳量>98%,規(guī)格為200目，密度1.74g/cm3。將下列組 成的涂敷料，質(zhì)量百分比碳纖維粉10°/"1203: 40%、 Cr (粒度<200目)34%， 水玻璃10%、 H肌:6%，制成涂敷料，涂敷在鑄型的表面，涂層厚度1. 5mm， 烘烤溫度12(TC,時(shí)間為30分鐘,使涂層干燥，保持鑄型溫度為30(TC，將 液態(tài)鋁合金(85(TC)注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固 結(jié)束后鋁合金鑄件的表面形成了 一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。 測定HB (布式硬度):176.6。實(shí)施例5碳纖維粉含碳量>98%,規(guī)格為200目，密度1.74g/cm3。將下列組 成的涂敷料，質(zhì)量百分比碳纖維粉13%、A1203: 60%、 Ni(粒度〈200目)11%, 水玻璃:10%、 H3B03: 6%,制成涂敷料，涂敷在鑄型的表面,涂層厚度1. 5mm, 烘烤溫度12(TC，時(shí)間為90分鐘，使涂層干燥，保持鑄型溫度為室溫，將液
態(tài)鋁合金(85(TC)注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié) 東后鋁合金鑄件的表面形成了 一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。測定HB (布式硬度):143。以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方 案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，包括下列步驟a.將含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料涂敷在鑄型的表面，使涂層干燥，保持鑄型溫度為室溫到300℃；b.將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié)束后鋁合金鑄件的表面形成了一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，其特征是步驟a 中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比碳纖維粉 7.5°/。、 A1203 75%、水玻璃(m=2. 2) 12,5°/。、 H3B03 5°/。。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，其特征是步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比碳纖維粉 20%、 A1203 60%、水玻璃12%、 H3B03 8%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，其特征是步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比碳纖維粉 10°/。、 A1203 40%、粒度<200目的Cr 34%,水玻璃10%、 H萬6%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，其特征是步驟a中所述含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料組成為，質(zhì)量百分比碳纖維粉 13%、 A1203 60%、粒度<200目的Ni 11%，水玻璃10°/。、 H萬6%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種強(qiáng)化鋁合金表面的方法，包括下列步驟a.將含有碳纖維粉和硬質(zhì)材料的涂敷料涂敷在鑄型的表面，使涂層干燥，保持鑄型溫度為室溫到300℃；b.將液態(tài)鋁合金注入鑄型，在外加旋轉(zhuǎn)磁場作用下進(jìn)行冷卻凝固，凝固結(jié)束后鋁合金鑄件的表面形成了一層含有碳纖維粉的鋁合金基復(fù)合材料。本發(fā)明在使用硬質(zhì)材料提高鋁合金件表面硬度的同時(shí)用碳纖維粉替代傳統(tǒng)的石墨，能夠在減少摩擦表面的摩擦系數(shù)的同時(shí)使鋁合金表面強(qiáng)度和表面硬度不降低。
文檔編號(hào)B22D27/00GK101130210SQ20071004657
公開日2008年2月27日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者孫亞琴, 強(qiáng) 張, 潘嘉祺, 陳麒忠 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院