三相鋁鈦銅微米顆粒增強型鋁合金防護涂層及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁合金涂層及制備方法，尤其是一種生成金屬間化合物的鋁合金防護層及制備方法，具體地說是一種三相金屬顆粒增強型鋁合金防護涂層及制備方法。
【背景技術】
[0002]眾所周知，以鋁合金為代表的航空構件工作條件日趨惡劣，提高鋁合金構件表面硬度和耐磨性已成為亟需解決的問題。采用激光熔覆技術基材表面制備高性能防護涂層已成為解決這一問題的有效手段。
[0003]金屬間化合物具有密度低、硬度高、彈性模量高、耐磨性好、高抗氧化性好等優點，已成為航天航空領域最具發展前景的輕質材料，是目前與航空構件適應的極具潛力的一類防護涂層。
[0004]激光熔覆技術和磨削淬火技術是機械領域中兩種新型的加工技術，分別在制備納米顆粒增強的復合材料涂層領域和材料表面改性領域中得到廣泛應用。深冷處理是熱處理工藝在冷卻過程中的延續，是以液氮為制冷劑在低于-130°C的溫度對材料進行處理的方法。該方法能夠改變材料的力學性能，可在不降低材料的強度及硬度的情況下，顯著提高材料的韌性，尤其是材料的耐磨性，使其具有廣闊的應用前景。
[0005]據申請人所知，目前國內外相關文獻關于Al-T1-Cu三相顆粒增強復合涂層研宄非常少，尤其是采用激光熔覆技術、磨削淬火技術以及深冷處理技術在鋁合金基體表面制備微米Al、T1、Cu顆粒增強的復合涂層材料更是處于空白。因此，研宄和開發一種采用激光熔覆技術、磨削淬火技術以及深冷處理技術在鋁合金基體上制備微米Al、T1、Cu三相顆粒增強的復合材料涂層，對于解決在航空構件上制備高性能防護涂層所面臨的技術難題具有重要的理論意義和現實意義。
【發明內容】
[0006]本發明的目的針對航空鋁合金構件表面硬度低，耐磨性較差等缺陷，發明一種三相鋁鈦銅顆粒增強型鋁合金防護涂層的制備方法
本發明的技術方案之一是:
一種三相鋁鈦銅顆粒增強型鈦合金防護涂層，其特征是它主要由微米Al粉體、微米Ti粉體和微米Cu粉體組成，其質量百分比為:微米Al粉體13%~15%，微米Ti粉體76%~80%，微米銅粉體5%~10%，各組分之和為100%。
[0007]所述的最佳的微米Al粉體粒度為50 μ m~74 μ m、微米Ti粉體的粒度為50 μ m~74 μ m、微米Cu粉體的粒度為50 μ m ~74 μ m。
[0008]本發明的技術方案之二是:
一種三相鋁鈦銅顆粒增強型鈦合金防護涂層的制備方法，其特征是它包括以下步驟:步驟I，鋁合金基體表面的預處理:工序為拋光-噴砂-清洗-吹干，首先采用金相砂紙將鋁合金表面氧化膜除掉，采用噴砂機對鋁合金表面進行噴砂預處理，以提高基體表面粗糙度和清潔度，增大微觀表面積，再經丙酮清洗，并在無水乙醇中超聲清洗至少5分鐘后，冷風吹干，備用；
步驟2，微米復合粉體的制備:將微米Al粉、Ti粉和Cu粉，按照設定的比例，利用球磨機進行機械混合，控制球磨速度、球磨時間和球料比，得到均勻的漿料，對漿料進行真空干燥得到三相顆粒增強的金屬基微米復合粉體；
步驟3，激光熔覆:采用預置式或者同軸送粉將步驟2中所得的金屬基微米復合粉體熔覆在步驟I中處理好的鋁合金基體表面，形成厚度不小于0.25mm的激光熔覆層，控制激光熔覆時的激光功率為1500~2000W，光斑直徑為2mm~4mm，掃描速度為200mm/min~600mm/min ；
步驟4，磨削:采用砂輪對激光熔覆后的鋁合金表面的激光熔覆層進行干磨，磨削方式為順磨，控制砂輪速度15m/s~25m/s，工件轉速10m/s~25m/s ;磨削深度:0.0lmm-0.05mm ；步驟5，深冷處理；在30!^11內將磨削或利用磨削溫度進行淬火后的鋁合金放入液氮中進行深冷處理，液氮的溫度為-140°C ~_196°C，降溫速度0.4-0.6°C /min，保溫5h~10h后，以0.8-1.50C /min回升至室溫；
步驟6，低溫回火:將深冷處理后的鋁合金防護涂層放入低溫回火爐中，回火溫度為150-250 °C，回火時間l~3h后，以0.4-0.6 °C /min冷卻至室溫；
經上述步驟制備所得的三相鋁鈦銅顆粒增強型鋁合金防護涂層中各組分的質量百分比為:微米Al粉體13%~15%，微米Ti粉體76%~80%，微米銅粉體5%~10%，各組分之和為
100% ο
[0009]所述的鋁合金基體表面預處理時分別用粒度號為W28，W20，W14和WlO的金相砂紙打磨鋁合金表面，控制打磨后的表面粗糙度在Ra6.3微米以上；再用丙酮清洗，再于無水乙醇中超聲清洗至少5分鐘，以去除表面殘余氧化物和油污雜質。
[0010]所述的砂輪為白玉剛砂輪，砂輪粒度為60#~80#，砂輪直徑為200mm~300mm。
[0011 ] 所述的微米Al粉體粒度為50 μ m~74 μ m，微米Ti粉體的粒度為50 μ m~74 μ m，微米Cu粉體的粒度為50 μ m~74 μ m。
[0012]所述的球磨時球磨速度為400-600r/min，球磨時間1.5h以上，球料比為5:1。
[0013]所述的低溫回火進行兩次或以上。
[0014]本發明的有益效果:
(I)本發明實現了在鋁合金表面制備具有高性能的三相鋁鈦銅顆粒增強的防護涂層，涂層組織細密，分布均勻(見圖2)，有效提高了鋁合金的表明性能。
[0015](2)本發明在制備出的鋁合金防護涂層的同時又進一步改善了整個涂層的硬度及耐磨性，使得最終的涂層具備高硬度、耐磨等優異性能，有效地提高了其在惡劣化境下的工作能力，具有很強的工程應用價值。
[0016](3)本發明在激光熔覆技術基礎上，進一步采用了磨削淬火技術以及深冷處理技術來制備和改善鋁合金防護涂層，開拓和豐富了磨削淬火技術和深冷處理技術的應用領域。
[0017](4)本發明的鋁合金防護涂層性能指標見下表:其表面顯微硬度可達455HVq.2，約為鋁合金(118HVa2)基體的3.86倍。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明的制備工藝流程圖。
[0019]圖2是本發明的鋁鈦銅防護涂層金相圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0021]實施例一。
[0022]一種三相鋁鈦銅顆粒增強型鋁合金防護涂層的制備方法，如圖1所示，其關鍵是先對牌號為:7050鋁合金表面進行預處理，然后制備微納米復合粉體，最后通過激光熔覆、磨削淬火、深冷處理以及兩次低溫回火得到高硬度、高強度以及優異耐磨性等性能的防護涂層。具體步驟如下:
1、鋁合金表面的預處理:先用W28金相砂紙打磨平整，再用W20，W14，W10砂紙依次打磨，目的是去除鋁合金表面氧化膜，利用噴砂機對鋁合金表面進行噴砂預處理，使鋁合金表面保持一定的粗糙度，Ra6.3微米以上，有利于增強涂層的結合力，最后將打磨后的鋁合金用丙酮清洗，再于無水乙醇中超聲清洗至少10分鐘后，冷風吹干，備用；
2、微米復合粉體的制備:首先將76g微米Ti粉體，14g微米Al粉體和1g微米銅粉體加入乙醇溶液進行球磨混合，球磨2h，球料比為6:1，使之成為均勻的漿料，最后對漿料進行真空干燥得到三相顆粒增強的微米金屬復合粉體。
[0023]3、激光熔覆:采用壓片預置式或者同軸送粉法將步驟(2)中的微米金屬復合粉體熔覆在步驟(I)中處理好的鋁合金表面，所使用的激光功率控制在1500~2000W，光斑直徑為 2mm~4mm，掃描速度為 400mm/mi n~600mm/mi η ；
4、磨削(淬火):采用砂輪(白玉剛砂輪，砂輪粒度為60#?80#’砂輪直徑為200mm~300mm)對熔覆后的鋁合金涂層進行干磨，其中磨削方式為順磨，砂輪速度15m/s~25m/s ;工件轉速10m/s~25m/s ;磨削深度:0.0lmm?0.05mm，磨削結束后在30分鐘內直接進入下一步的深冷處理或利用磨削產生的溫度進行淬火處理。
[0024]5、深冷處理:將磨削(或磨削淬火)后的鋁合金在30min內放入液氮中進行深冷處理，液氮的溫度為_140°C ~_196°C，降溫速度0.50C /min，保溫5h后，以1°C /min回升至室溫。
[0025]6、低溫回火:將深冷處理后的鋁合金防護涂層放入低溫回火爐中，回火溫度100°C~200°C，回火時間Ih后，以0.5°C /min冷卻至室溫。重復低溫回火兩次或以上即得到所需的防護涂層，本發明處理后的帶有防護涂層的鋁合金表面顯微硬度可達450HVa2，約為鋁合金(IlSHVa2)基體的3.81倍。防護涂層的金相圖如圖2所示。
[0026]實施例二。
[0027]—種三相鋁鈦銅顆粒增強型鋁合金防護涂層的制備方法，其關鍵是先對牌號為:7050的鋁合金基體表面進行預處理，然