铝合金表面改进技术
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铝合金的表面处理技术研究一、引言铝合金是一种轻质高强度的金属材料,具有广泛的应用前景,是现代工业制造中不可或缺的材料之一。
但是,铝合金不仅容易受到氧化影响,而且其表面性质也不够优良,因此需要对其进行表面处理,以提高其性能和使用寿命。
二、表面处理技术分类常见的铝合金表面处理技术可分为机械处理、化学处理和电化学处理三类。
1. 机械处理机械处理是通过切削、研磨、抛光等方式来改善铝合金表面粗糙度、光洁度和平整度等性能。
其主要优点是处理效果稳定,但需要消耗大量的人力、时间和机械设备。
2. 化学处理化学处理是利用酸碱等化学作用来改善铝合金表面性质,包括蚀刻、酸洗、氧化等方法。
这种方法简单易行,可以在较短时间内达到较好的处理效果,但操作不当也有可能导致环境污染和安全隐患。
3. 电化学处理电化学处理是利用电化学反应来改善铝合金表面性能,其中包括阳极氧化、电镀等方法。
这种方法工艺复杂,需要严格控制工艺参数和电化学处理介质的成分,但可以同时获得较好的防腐和装饰效果。
三、铝合金表面处理技术案例分析1. 阳极氧化处理阳极氧化是一种比较常见的铝合金表面处理技术,其原理是将铝材件作为阳极,通过外加电势在氧化电解液中引起氧化反应,从而在其表面形成一层多孔的氧化层。
该氧化层具有较好的氧化防护和装饰效果。
该方法可应用于各种类型的铝合金材料,如6061铝合金、7075高强度铝合金等。
2. 硬质阳极氧化处理硬质阳极氧化是通过改变氧化液体系和工艺参数来获得更厚、更致密、更具耐磨性的氧化层。
该方法适用于铝合金零部件的耐磨、耐蚀、装饰等方面的应用,如航空、汽车、机械等领域。
3. 电镀处理电镀处理是将一种金属沉积在另一种金属表面的方法,通过电流作用使金属离子在电解液中还原成金属沉积在工件表面。
铝合金材料可以采用铬酸钾、硫酸铝铜等电解液进行电镀处理,其处理效果包括提高外观质量、增强耐蚀性和耐磨性等。
四、结论铝合金表面处理技术是提高铝合金材料性能和扩展其应用领域的关键技术之一。
铝合金喷砂的作用铝合金喷砂是一种常见的表面处理技术,它在铝合金制品的生产和加工过程中起着重要的作用。
本文将从多个方面介绍铝合金喷砂的作用。
铝合金喷砂可以改善铝合金表面的质量。
在铝合金的生产过程中,由于各种原因,表面可能会出现一些缺陷,如气孔、氧化皮、锈蚀等。
这些缺陷不仅会影响铝合金的外观美观,还可能降低其机械性能和耐腐蚀性能。
通过喷砂处理,可以有效去除这些表面缺陷,使铝合金的表面变得光滑、平整,提高其质量。
铝合金喷砂可以增加铝合金的机械强度。
在喷砂处理过程中,高速喷射的砂粒会冲击铝合金表面,使其表面产生压缩应力。
这种压缩应力可以增加铝合金的表面硬度和耐磨性,提高其机械强度。
同时,喷砂还可以改善铝合金表面的粗糙度,增加其与外界的接触面积,从而提高其抗滑移性能和抗疲劳性能。
铝合金喷砂还可以提高铝合金的涂装附着力。
在进行喷砂处理后,铝合金表面的粗糙度会得到一定程度的提高。
这种粗糙的表面能够增加涂层与铝合金之间的黏附力,使涂层更加牢固地附着在铝合金表面上,不易脱落。
这样不仅可以提高铝合金制品的耐候性和耐腐蚀性,还可以延长其使用寿命。
铝合金喷砂还可以改善铝合金的表面光洁度。
在喷砂处理过程中,高速喷射的砂粒会将铝合金表面的氧化物和污垢彻底去除,使其表面恢复光洁。
这样不仅可以提高铝合金制品的光泽度和美观度,还可以减少铝合金与外界环境的接触,降低其与空气中湿氧的反应速度,延缓其氧化速度,提高其抗腐蚀性能。
铝合金喷砂还可以为铝合金制品的后续加工提供便利。
在喷砂处理后,铝合金表面变得平整光滑,不仅方便后续的涂装、电镀等表面处理,还有利于铝合金制品的组装和连接。
此外,喷砂处理还可以为铝合金制品的印刷、喷绘等个性化加工提供更好的基础。
铝合金喷砂在铝合金制品的生产和加工过程中具有重要的作用。
它可以改善铝合金表面的质量,增加其机械强度,提高涂装附着力,改善表面光洁度,为后续加工提供便利。
因此,在铝合金制品的生产和加工过程中,合理应用铝合金喷砂技术,可以提高产品质量,增加附加值,满足市场需求,促进企业的可持续发展。
铝合金建筑型材表面处理技术
铝合金建筑型材是一种通用型的建筑材料,在工业建筑、民用建筑及日常生活中广泛使用,它的优良表面性能是其使用的关键因素之一。
铝合金建筑型材表面处理技术的研究和应用,是未来建筑行业发展的重要推动力。
铝合金建筑型材表面处理是提高铝合金建筑型材质量、提升外观和性能的关键技术。
其目的是使其表面处于高度洁净、几何精度高、抗腐蚀性能优良、抗疲劳性能高以及良好的润滑性能等指标标准以及防止储存和运输中受潮、受污染、受锈蚀等因素。
表面处理技术主要有清洗工艺、物理处理工艺、化学处理工艺及光化学处理工艺等。
清洗工艺包括机械清洗和焊渣的清除,以去除表面的杂质;物理处理工艺包括拉丝、研磨、砂轮打磨和研磨机加工处理,以去除表面的毛刺和锈蚀;化学处理工艺主要有温熔镀层、电化学镀工艺和喷涂工艺,以改善表面的抗腐蚀性;光化学处理工艺主要指表面电镀、电泳和表面涂料等,以改善表面色泽和耐磨性能。
当前,铝合金建筑表面处理技术已经得到广泛应用,技术的不断改善和发展,使得铝合金表面处理技术在建筑行业的应用范围越来越广。
但是,由于铝合金建筑表面处理技术本身的不断发展,也会带来一定的不确定性。
因此,应该加大对技术针对性、环保性、可操作性和全面可持续性方面的研究,以期开发出更有效、安全、高质量的表面处理技术。
总而言之,铝合金建筑表面处理技术是一项重要的未来发展趋势,
可以有效改善建筑表面的外观、耐用性及耐磨性性能,保证表面的安全和质量。
因此,应当加大对技术的研发力度,持续改进,不断加强对建筑表面处理技术的深入研究与应用,以实现表面处理技术的质量及安全提升,为建筑行业发展和技术进步作出应有贡献。
7075铝合金表面处理1.化学镀镍、渗氮、热扩渗都是传统的铝合金表面强化技术,能够改善材料的表面性能。
研究化学镀镍加气体渗氮的复合方法处理7075铝合金表面的工艺和性能以及7075铝合金与Mg-Zn合金相互扩散过程。
对带有镍层表面的7075铝合金进行气体渗氮,增大了铝合金的表面硬度,其硬度最高达700HV,是基体硬度的7-8倍。
2.7075铝合金表面镀硬铬工艺。
3.化学镀技术:在铝合金基体上制备Ni-Cu-P合金镀层、Ni-P/纳米金刚石或者Ni-Co-P/Si3N4化学复合镀层。
4.铝合金复合涂层技术,研究硬质阳极氧化处理,发展具有减摩耐磨性能的自润滑铝合金复合涂层。
将铝先进行硬质阳极氧化,然后采用热浸法引入聚四氟乙烯微粒至氧化膜膜孔及表面,通过真空精密热处理后形成复合涂层。
5.复合电镀:利用复合电镀技术,在铝合金基体上电镀Ni/微米Al2O3/纳米Al2O3复合镀层。
6.喷涂方法:在铝合金表面喷涂烧结型WC-17Co粉末,制备WC涂层,以提高铝合金基体的耐磨性。
7.激光熔覆技术用激光熔覆技术对铝合金表面进行改性,在铝合金表面激光熔覆制备各种性能的硅涂层。
利用横流CO2高激光器,以铝合金为基材,在其表面预置硅粉后进行激光处理,研究熔覆工艺参数优化、组织形貌、热处理研究。
8.低温常压化学气相沉积(APCVD)技术,在铝及其合金基底上制备硅氧化物陶瓷薄膜。
沉积温度为400℃,有效提高铝及铝合金表面的耐磨性。
9.强流脉冲电子束表面改性:高能电子束在很短的脉冲时间内将能量注入材料表面极薄的一层。
利用Nadezhda-2型强流脉冲电子束装置研究了对6063铝合金化学镀的影响和YG8硬质合金的改性研究。
10.铝合金表面镀渗复合改性处理工艺:利用闭合场非平衡磁控溅射预先在铝合金表面制备一层Ti膜,再进行脉冲等离子体渗氮处理,探索了铝合金表面镀渗复合改性处理工艺。
复合改性后与未处理铝合金的磨损率相比,下降了64.7%。
铝合金表面纳米化处理的研究与应用随着科技的不断发展,铝合金已经成为了一种广泛应用于工业制造、航空航天、汽车制造、建筑装饰等领域的材料。
而随着使用量的不断增加,表面的磨损和腐蚀问题也越来越显著。
为了保持铝合金的优良性能,提高其使用寿命,人们开始研究铝合金表面纳米化处理的方法,并在实际生产中得到了广泛应用。
一、铝合金表面纳米化处理的方法1、化学方法。
化学法是利用电化学反应、表面化学反应、化学还原等原理,在铝合金表面上形成氧化物、硫化物等有机基团自组装的纳米层,从而使铝合金表面发生结构和化学性质的改变,达到提高表面性能的目的。
2、物理方法。
物理方法是利用高能电子束、电磁场、离子束等物理力场对铝合金表面进行加工和改变其表面结构,从而达到提高表面性能的目的。
3、机械化学法。
机械化学法是在铝合金表面进行慢性机械磨损的同时,加入化学制剂,利用化学反应将纳米颗粒沉淀在铝合金表面造成可逆反应的新技术,使铝合金表面的微观形貌和化学性质发生了改变。
二、铝合金表面纳米化处理的应用铝合金表面纳米化处理不仅可以提高铝合金表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性,延长其使用寿命,而且可以改变铝合金表面的颜色、透明度等特性,从而在装饰方面得到广泛应用。
1、汽车业。
在汽车业中,铝合金是常用的车身材料。
通过表面纳米化处理技术,可以使汽车表面显示的色彩明亮、色泽鲜艳、光泽度强,更加美观大方。
同时还可以提高汽车表面的防曝光能力,延长汽车的使用寿命。
2、建筑装饰。
铝合金板材作为建筑装饰用材料广泛应用于各种建筑的幕墙、屋顶、门窗等场所。
通过表面纳米化处理技术,可以使建筑表面的防尘性、耐腐蚀性、耐磨性等性能得到大幅提升,同时让建筑表面更加美观。
3、航空航天。
铝合金材料是航空工业中最重要的材料之一。
通过表面纳米化处理技术,可以让铝合金材料的表面更加耐高温、耐腐蚀,在严酷的航天环境中更加的稳定和耐用。
4、电子业。
铝合金材料也是电子手机、电脑等设备中使用广泛的材料之一,通过表面纳米化处理技术,不仅可以让电子产品表面更加坚固、耐用,而且还可以达到抗污染、防尘、防刮的效果。
铝及其合金的表面处理技术全球铝的产量仅次于铁。
铝和铝合金密度小且易加工。
并且可以制造成形状十分复杂的零件,因而它在工业中的应用日益广泛,但是铝及其合金易产生晶间腐蚀,表面硬度低、不耐磨损。
国内外都在采取各种方法对铝及其合金表面进行改质处理,以获得各项优良性能,拓宽其应用范围。
作者讨论了铝及其合金的表面处理技术,简述了其应用,并对该领域目前研究的热门课题——微弧氧化及激光处理进行了介绍。
1电镀、抛光和砂面处理铝及其合金的电镀一般是为了改善装饰性,提高表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数,改善润滑性,提高表面导电性和反光率等而进行的。
由于铝对氧有很强的亲和力,表面总是有氧化膜存在,铝属于两性金属,在酸性溶液和碱性溶液中都不稳定。
铝的膨胀系数较绝大多数金属的大,铬为7X10-6),所以镀层易脱落,又由于镀铝常含有砂眼、气孔等缺陷.在电镀过程中,砂眼和气孔中常会滞留溶液和氢气。
影响镀层与基体的结合力,所以直接在铝及其合金上电镀很困难。
铝及其合金的电镀效果主要取决于表面准备情况。
镀前一般进行机械处理,有机溶剂除油,化学除油、碱浸蚀、出光等处理。
铝及其合金的镀前处理及电镀工艺有下列几种:(1)化学浸锌呻电镀铜+电镀其他镀层;(2)电镀薄锌层一电镀铜一电镀其他镀层;(3)化学镀镍一电镀厚镍;(4)电镀镍一电镀其他镀层;(5)阳极氧化呻电镀其他镀层;(6)铝合金一步法镀铜—)电镀其他镀层1,铝及其合金的抛光多年来普遍采用三酸抛光工艺,该工艺温度高、时间短,亮度好,但一般只能单根抛光,无法批量生产,而且产生的黄烟对人体有害。
电解抛光的含磷和铬酸的废水处理一般厂家难以解决,且生产中耗电量很大。
为此,目前市场已推出无黄烟两酸抛光新工艺,只需在磷酸、硫酸中加入少量添加剂(其成本接近硝酸)即可在80~100°C下操作0.5-3.0min,其光亮度略次于三酸处理[2],但解决了环境污染问题+ 砂面处理和亚光处理是目前国外铝建材表面处理的流行工艺。
铝合⾦表⾯处理技术⼤全!【材料+】说:铝合⾦型材表⾯处理的⽬的是要解决或提⾼材料防腐蚀性、装饰性和功能性三个⽅⾯的性能。
1铝及铝合⾦的特点1.密度低铝的密度约为2.7g/cm3,在⾦属结构料中仅⾼于镁的第⼆轻⾦属,只有铁或者铜的1/3。
2.塑性⾼铝及其合⾦延展性好,可通过挤压、轧制或拉拔等压⼒加⼯⼿段制成各种型、板、箔、管和丝材。
3.易强化纯铝强度不⾼,但通过合⾦化和热处理容易使之强化,制造⾼强度铝合⾦,强度可以和合⾦钢媲美。
4.导电好铝的导电性和导热性仅次于银、⾦、铜。
设铜相对导电率为100,则铝为64,铁只有16。
如按照等质量⾦属导电能⼒计算,铝⼏乎是铜的⼀倍。
5.耐腐蚀铝和氧具有有极⾼的亲和⼒,⾃然条件下铝表⾯会⽣成保护性氧化物,具有⽐钢铁好得多的耐腐蚀性6.易回收铝的熔融温度低,为660°С左右,废料容易再⽣,回收率极⾼,回收能耗只是冶炼的3%。
7.可焊接铝合⾦可通过惰性⽓体保护法焊接,焊接后⼒学性能好,耐腐蚀性好,外观美丽,满⾜结构料要求8.易表⾯处理铝可通过阳极氧化着⾊处理,处理后硬度⾼,耐磨耐腐蚀及电绝缘性好,通过化学预处理还可以进⾏电镀、电泳、喷涂等进⼀步提⾼铝的装饰性和保护性2铝的表⾯机械预处理1.机械预处理的⽬的提供良好的表观条件,提⾼表⾯精饰质量;提⾼产品品级;减少焊接的影响;产⽣装饰效果;获得⼲净表⾯。
2.机械预处理的常⽤⽅法常⽤的机械预处理⽅法有抛光、喷砂、刷光、滚光等⽅法。
具体采⽤那⼀种预处理要根据产品的类型、⽣产⽅法、表⾯初始状态及最终精饰⽔平⽽定。
3.机械抛光的原理及作⽤⾼速旋转的抛光轮与⼯件摩擦产⽣⾼温,是⾦属表⾯发⽣塑性变形,从⽽平整了⾦属表⾯的凸凹点,同时使在周围⼤⽓氧化下瞬间⽣成的⾦属表⾯的极薄氧化膜反复地被磨削下来,从⽽变得越来越光亮。
主要作⽤是去除⼯件表⾯的⽑刺、划痕、腐蚀斑点、砂眼、⽓孔等表⾯缺陷。
同时进⼀步清除⼯件表⾯上的细微不平,使其具有更⾼的光泽,直⾄镜⾯效果。
第1篇一、实验目的本实验旨在研究铝合金表面改性技术,通过激光熔覆、激光选区熔化等工艺对铝合金进行改性处理,提高其表面硬度、耐磨性、导热性等性能,为铝合金在航空航天、交通运输、建筑等领域中的应用提供技术支持。
二、实验材料与设备1. 实验材料:铝合金(2024、AlSi10Mg、AlMgSi等)2. 实验设备:激光熔覆机、激光选区熔化设备、金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机、导热系数测试仪等。
三、实验方法1. 激光熔覆实验:将铝合金基材表面预置硅粉,采用横流CO2高激光器进行激光处理,研究熔覆工艺参数对覆层质量的影响,包括激光功率、扫描速度、激光束直径等。
2. 激光选区熔化实验:将2024铝合金粉末与AlSi10Mg合金粉末混合,形成AlSi10Mg-2024(TiC)混合粉末,采用激光选区熔化工艺进行成形,并对其沉积态和T6热处理态的显微组织及力学性能进行表征。
3. 淬火时效实验:对铝合金进行淬火处理,测定其时效曲线,分析淬火温度、保温时间等因素对铝合金力学性能的影响。
4. 导热系数测试:对改性铝合金进行导热系数测试,分析改性处理后铝合金的导热性能。
四、实验结果与分析1. 激光熔覆实验结果与分析通过调整激光功率、扫描速度、激光束直径等工艺参数,发现当激光功率为 2.5kW、扫描速度为1m/s、激光束直径为0.8mm时,铝合金表面熔覆层质量较好,表面平整、光滑,无明显裂纹、气孔等缺陷。
2. 激光选区熔化实验结果与分析激光选区熔化过程中,TiC颗粒可作为异质形核点,促进Al形核,抑制粗大柱状晶的形成,显著细化铝合金的显微组织。
T6热处理态的力学性能测试结果表明,激光选区熔化后的铝合金具有较高的抗拉强度、屈服强度和伸长率。
3. 淬火时效实验结果与分析淬火时效实验表明,随着淬火温度的升高,铝合金的硬度和强度逐渐提高,但伸长率逐渐降低。
在淬火温度为530℃、保温时间为2h的条件下,铝合金的力学性能达到最佳状态。
铝合金表面处理的方法及应用对铝及其合金进行表面处理产生的氧化膜具有装饰效果、防护性能和特殊功能,可以改善铝及其合金导电、导热、耐磨、耐腐蚀以及光学性能等。
因此,国内外研究人员运用各种方法对其进行表面处理,以提高它的综合性能,并取得了很大进展。
目前,铝及其合金材料已广泛地应用于建筑、航空和军事等领域中。
本文分类论述了铝及其合金材料表面处理的主要方法。
1·化学转化膜处理金属表面处理工业中的化学转化处理时使金属与特定的腐蚀液接触,在一定条件下,金属表面的外层原子核腐蚀液中的离子发生化学或电化学反应,在金属表面形成一层附着力良好的难溶的腐蚀生成物膜层。
换言之,化学转化处理是一种通过除去金属表面自然形成的氧化膜而在其表面代之以一层防腐性能更好、与有机涂层结合力更佳的新的氧化膜或其他化合物的技术。
1.1阳极氧化法铝的阳极氧化法是把铝作为阳极,置于硫酸等电解液中,施加阳极电压进行电解,在铝的表面形成一层致密的Al2O3膜,该膜是由致密的阻碍层和柱状结构的多孔层组成的双层结构。
阳极氧化时,氧化膜的形成过程包括膜的电化学生成和膜的化学溶解两个同时进行的过程。
当成膜速度大于溶解速度时,膜才得以形成和成长。
通过降低膜的溶解速度,可以提高膜的致密度。
氧化膜的性能是由膜孔的致密度决定的。
1.1.1硬质阳极氧化铝的硬质阳极氧化是在铝进行阳极氧化时,通过适当的方法,降低膜的溶解速度,获得更厚、更致密的氧化膜。
常规的方法是低温(一般为0℃左右)和低硫酸浓度(如<10%H2SO4)的条件下进行,生产过程存在能耗大、成本高的缺点。
改善硬质阳极氧化膜的另一种方法是改变电源的电流波形。
氧化膜的电阻很大,氧化过程中产生大量的热量,因此,传统直流氧化电流不宜过大,运用脉冲电流或脉冲电流与直流电流相叠加,可以极大地降低阳极氧化所需要的电压,并且可使用更高的电流密度,同时还可以通过调节占空比和峰值电压,来提高膜的生长速度,改善膜的生成质量,获得性能优良的氧化膜。
铝合金表面改进技术摘要综述了提高铝合金表面性能的各种技术和特点,包括电镀、化学镀、抛光、热喷涂、转化膜、激光表面强化等。
并简述了其原理和发展,以及其改变效果和未来的展望。
关键字:铝合金电镀化学镀热喷涂氧化转化膜激光离子前言铝及铝合金密度较小,强度高,导电、导热性优良,塑性和成型性好,无低温脆性,易加工.目前,铝及铝合金材料已广泛地应用于建筑、航空、军事、汽车、航海、医疗等领域中.然而,铝的耐磨性差,腐蚀电位较负,腐蚀比较严重。
铝合金件的损坏主要发生在表面,铝合金材料表面增强具有重要的经济价值。
采用表面处理可以提高防护性、装饰性和功能性,克服铝合金表面性能方面的缺点,其目的是提高铝合金的耐用度,扩大应用范围。
铝及铝合金的电镀、抛光、砂面处理铝及铝合金的电镀一般是为了改善表面性能,降低摩擦因数改善润滑性,提高表面硬度和耐磨性,提高表面导电性和反光率等进行的。
由于铝和铝合金的电位较负,在酸性和碱性溶液中电镀时皆可发生不同类型的氧化反应产生铝盐或偏铝酸盐,所以电镀前必须进行预处理,镀前处理一般包括机械处理、有机溶液除油、化学除油、碱浸蚀、出光等。
同时为了达到铝合金表面处理后具有光亮银白色表面的目的,石磊[1]等人认为应该采用浸锌、镀锌二次钝化的方法进行处理.但电镀技术污染严重,工作环境恶劣的缺点又限制了该技术的应用。
铝及铝合金的抛光多年来普遍采用三酸抛光工艺。
但一般只能单根抛光,无法批量生产,而且黄烟对人体直接造成危害。
电解抛光的磷、铬酸的废水处理一般厂家难以解决,且生产中耗电量很大。
为此,目前市场已推出无黄烟两酸抛光新工艺,只需在磷酸、硫酸中加入少量添加剂,就可在80~100℃操作0.5~3min,起光亮度略次于三酸处理[2],解决了污染环境问题。
砂面处理、亚光处理是目前国外在铝建材表面进行处理的流行工艺。
该工艺规范及操作条件为:氢氧化钠的质量浓度为60~70kg.m-3;铝离子的质量浓度>30 kg.m-3;碱蚀剂(固体)的质量浓度为6 ~8, kg.m-3;砂面剂CK-JS的质量浓度为10 ~20 kg.m-3;温度60 ~70℃;时间5~15min。
该工艺可在碱蚀槽中完成,易于操作、管理,有一定的商业与科学潜力。
化学镀传统使用化学镀最广是镍磷合金。
采用次亚磷酸盐作还原剂将水溶液中的镍离子催化还原为金属镍,并沉积到零件上。
它不仅使其抗蚀性、耐磨性、可焊性和电接触性能得到提高,镀层与铝基体间结合力好,镀层外观漂亮,化学镀镍赋予了铝合金良好的表面性能;而且通过镀覆不同的镍基合金,可以赋予铝及铝合金各种新的性能,如磁性能、润滑性能等[3].燕山大学的王艳芝[4]以铝合金为基体,在碱性镀浴中得到了低磷含量的Ni2Fe2P2B镀层,镀层主要为非晶态结构。
热喷涂针对铝合金硬度低、耐磨性差,受损时失效快等缺点,热喷涂的高抗磨性正好可以弥补它的这些缺点。
热喷涂层中所含的氧化物、氮化物等第二相粒子均可增加涂层硬度,提高耐磨性,而涂层孔隙尚能保持一层润滑膜,还能容纳因磨损所产生的碎屑,从而使接触面积保持清洁,起到减磨作用[5]。
清华大学李言祥[6]等研究了铝基体首先等离子喷涂复合陶瓷涂层,然后激光二次熔覆氧化铝末.大连理工大学的徐荣正等[7]采用电弧喷涂工艺在6061铝合金基体表面喷涂高纯铝涂层,结果表明,电弧喷涂技术可以在6061铝合金基体表面形成均匀、致密、孔隙率低、结合良好的高纯铝涂层;高纯铝涂层耐腐蚀性较好,对铝合金基体起到了保护作用,涂层经过封孔工艺处理后保护作用更好。
氧化处理氧化处理目前仍然是铝合金表面处理的主要方法,主要有化学氧化、阳极氧化、维弧氧化等。
高纯铝在酸性或弱碱性电解液中进行阳极氧化,能够得到纳米孔排列高度有序的多孔型阳极氧化铝膜。
铝合金阳极氧化处理主要有两种,一是硬质阳极氧化,另一种是复合阳极氧化。
1 硬质阳极氧化铝合金硬质阳极氧化是将工件作为阳极,放入硫酸溶液中,阴极起导电作用,在外加电压的作用下,溶液中的0H一放电而析出氧,氧与阳极上的铝作用生成氧化膜。
杨蔺孝等[8]指出在硫酸氧化液中添加草酸钴、磺基水杨酸镧铈等化合物,在25~220℃的条件进行氧化,可使氧化膜的莫氏硬度≥9(金刚石的莫氏硬度为10),耐烧蚀温度达到2 000℃。
另一途径是变传统的直流氧化为脉冲或交直流叠加氧化。
2 复合阳极氧化铝合金的复合阳极氧化是一种新型的阳极氧化技术。
日本的吉村长藏[9]首先进行了这方面的尝试,他们分别在硫酸、草酸和磷酸三钠电解液中添加Fe3O4、CrO2、TiO2等磁性粉,以及Al2O3、SiC、SiN等超硬粉体和石墨等导电性粉体(微米级),使其悬浮于电解液中进行阳极氧化。
顾德恩[10]等人提出了采用溶液浸渍方法在低压腐蚀铝箔表面沉积一层Ti氧化物,然后通过阳极氧化在阳极箔表面生成高介电常数的含Ti复合阳极氧化膜,以提高阳极箔的比容。
大连海事大学材料工艺研究所的刘世永[11]等人提出在常规铝合金硬质阳极氧化液中添加聚四乙烯颗粒,在6063铝合金表面形成含有聚四氟乙烯颗粒的复合硬质阳极氧化层,其滑动干摩擦条件下与淬火钢对磨的平均摩擦因数为0.11,比常规硬质阳极氧化层的摩擦因数降低17%。
化学转化膜处理铝合金的化学转化膜是表面铝原子通过界面化学或电化学反应与介质的阴离子或原子结合而生成一层与基底结合良好并具一定防护性能的薄膜。
铝合金早期的化学转化膜多为铬酸盐,但是铬酸盐处理使用了对人体有致癌作用的六价铬离子,而且若经铬酸盐处理的废液处理不当,将对环境造成严重污染。
目前开发了无铬转化处理的绿色工艺取得了较大进展,铝合金无铬化学转化有钛锆体系、钛酸盐体系、锰酸盐体系、钼酸盐体系、稀土体系、锂盐体系、钴盐体系、丹宁酸盐体系等[12]。
1 稀土转化膜最初HinTon[13]、Mans-feld[14]等发现将铝合金浸于含有稀土元素氯化物(如CeCL3、LaCL3、YCL3、PrCL3等)的溶液中一定时间后,表面可形成一层含稀土金属氧化物或氢氧化物的转化层。
这种转化膜层的耐蚀性,尤其是耐氯离子侵蚀性等于或优于铬酸盐转化膜。
华南理工大学的吴桂香[15]等针对常见的6063铝合金型材试样,采用铈盐作为处理液的主要成分制备铝合金表面化学转化膜,并考虑到稀土转化膜成膜速度较慢而常需要在高温下进行的问题,加入KMnO4作为转化膜处理液的成膜氧化剂以提高成膜效率,降低成膜温度。
发现利Ce(NO3)3为主的处理液处理6063铝合金,可在其表面生成金黄色的化学转化膜。
该膜耐腐蚀性较好,同时发现在稀土转化膜生成与耐腐蚀性能的影响因素中,Ce(NO3)3的含量影响最大,其次是KMnO4的含量,再次是温度。
稀土在我国有着丰富的储量,稀土转化膜有着广泛的开发前景。
2 锰酸盐转化膜将铝合金置于含高锰酸钾、钼酸钠、钨酸钠和磷钨酸钠[16]溶液中进行化学或电化学处理,可得到表面含这种金属氧化物的转化膜层.这种膜层赋于铝合金较好的耐蚀性。
北京化工大学吕勇武等[17]选用锰酸盐、钛盐作为成膜主盐,采用正交试验得到LYl2铝合金化学转化膜的处理工艺.所制备转化膜的颜色为金黄色,呈针叶状结构.华南理工大学机械工程学院材料研究所的陈东初[18]等采用钼酸盐、高锰酸钾作为成膜氧化剂,对LYl2铝合金的化学转化膜工艺进行研究,处理溶液不含六价铬,符合环保要求,而且成膜速度快,可在室温下成膜,膜的耐蚀性能好。
转化膜的主要成分为镁、铝、氧、氟、锰等元素。
激光表面强化铝合金的激光表面强化主要有激光冲击硬化、激光重熔、激光熔覆和激光合金化等多种方法[19.20]。
1 激光重熔用激光直接作用于铝合金表面,使其达到熔点温度以上并在表面形成熔池,在光束移走后由于熔池快速凝固导致表面组织和性能的变化.上海交通大学的蔡殉等[21]采用C02激光器对ZLl09合金进行了激光重熔(Laser Remehing)处理,改性层的平均显微硬度在116~203 HV,相对于基底材料提高了约100 HV,表现出较好的改性效果。
其强化机理与晶粒细化、过饱和固溶这两种效应有关,改性层的磨损是基底的一半左右。
2 激光熔覆目前,用于铝合金激光熔覆处理的粉末类型主要有Ni基、Cu基、陶瓷粉末等.吉林工学院陈华等[22]采用HGL284型5 kW横流电激励连续CO2激光器在ZLl08上熔覆了Ni60、Al包Ni及Ni包Al三种粉末,结果表明熔覆层厚度可达15~110 mm。
形成了Ni2Al硬质相,硬度显著提高。
卢长亮等[23]利用CO2续激光器在LYl2基材表面进行铝基合金粉末熔覆试验,获得了表面平整且内部无明显缺陷的熔覆层,从而为激光熔覆修复螺旋桨叶提供了可行的工艺。
3 激光表面合金化预置粉末法激光表面合金化是在铝合金表面先用电镀、火焰喷涂、等离子喷涂等方法预置一层粉末,然后进行激光处理。
送粉法激光表面合金化是在激光处理的同时同步送粉至熔池。
目前国内外多采用预置粉末法对铝合金进行合金化处理。
离子束处理1 等离子体浸没离子注入针对铝合金早期离子注入技术主要用于氮离子注入,注入层较浅,改性效果有限的缺点[24]。
近年的研究中人们发现在离子注入氮的同时注入Ti、Ta、Zr等强氮化合物形成元素,可以改善注入效果,金属等离子体基离子注入对此提供了有效的方法。
哈尔滨工业大学的廖家轩等[25]在离子注入氮的基础上进行了等离子体基离子复合注入氮和钛的尝试,发现铝合金表面硬度、摩擦系数及耐磨性都显著改善,粘着磨损程度显著减轻。
此外,哈尔滨工业大学的汤宝寅[26]等人通过在不同温度下对6061铝合金分别进行了氮、氧等离子体浸没离子注入处理,氮与氢混合气体等离子体浸没离子注入处理,以及在氮气氛中的钛或铝等离子体浸没离子注入与沉积处理,通过对得到的表面改性层的分析研究发现经氧离子注入处理后,抗磨性能显著改善;经高温氧离子注入试样的耐磨寿命最长;经氮、氢离子混合注入处理后铝合金的表面性能更优,摩擦系数可降到至0.1,耐磨寿命提高了约5倍。
2 磁控溅射磁控溅射是一种高速率低基片温升的成膜新技术,沉积颗粒一般在纳米级,应用非常广泛。
王齐伟等[27]通过直流平面磁控溅射系统,在6063铝合金上镀覆一层(TixA1y)N硬质薄膜,来增强了铝合金的表面强度。
薄膜的成分主要以TiN、Ti3AlN形式存在,结合良好;显微硬度明显提高,膜层表面均匀且致密性良好。
李华平[28]等利用磁控溅射系统在6061铝材上制备了3µm的A1N薄膜,达到了纳米级。
XRD、椭偏测试及耐压测试结果表明,A1N膜为具有良好取向的多晶薄膜,穿电压高达100 V/µm。
自动划痕仪对A1N膜进行剥离实验,临界载荷为6 N左右。
3 双层辉光离子渗金属双层辉光离子渗金属技术是太原理工大学徐重教授[37]发明的一项具有中国自主知识产权的创新性技术。