[发明专利]一种复合镀层铝合金耐磨件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，具体为复合镀层铝合金耐磨件制备方法。

背景技术

采用铝合金等轻质材料，实现汽车轻量化，降低能耗、节约能源，是现代汽车工业发展的核心问题之一。

日本的丰田、日产、本田和美国的福特、通用、克莱斯勒等几大汽车公司广泛使用了铝合金活塞、气缸体、缸盖、铝合金齿轮和挺杆等产品。其中，铝缸体和缸盖的使用占较大的比例。然而，由于铝合金质软，摩擦系数大，难以润滑，易拉伤，耐磨性差，铝制缸体、缸盖和活塞等部件通常采用镶嵌套、镶气门座、镶活塞环槽等处理来保证其耐磨性。但镶嵌处理带来的问题是，镶嵌体和铝件之间存在气隙，恶化了铝部件的热流动，导致镶嵌体的温度升高，其抗热疲劳、高温磨损、热腐蚀性能明显恶化，降低了其使用寿命。因此，直接对铝合金表面进行强化处理成为延长铝合金部件寿命的关键技术。

目前，以电刷镀为代表的局部高速电沉积复合镀层已经被较深入的研究，但其真正被应用于生产实践的尚不广泛，原因在于用电刷镀获得的复合镀层，其某些性能(如镀层中的微粒含量等)不能让人满意。由于其技术与工艺的局限性，至今难以取得令人满意的复合镀层。

高速电喷镀作为一种局部高速电沉积技术，在电沉积过程中，一定流量和压力的电解液从阳极喷嘴垂直喷射到阴极表面，使得电沉积反应在喷射流与阴极表面冲击的区域发生。电解液的冲击不仅对镀层进行了机械活化，同时限制了部分晶粒在垂直方向上的过快增长，便于去除镀层表面的浮层和粗晶粒层，有效地减少了扩散层地厚度，改善了电沉积过程，使镀层组织致密，晶粒细化，性能提高。

虽然高速电喷镀镀层的防腐蚀效果较好，但镀层与基体存在成分突变和性能突变，导致使用过程中镀层易剥落。

因此需要一种新的工艺能使镀层与金属基体牢固结合，从而提高铝合金的耐磨程度。

发明内容

本发明旨在针对现有技术的不足，提供一种复合镀层铝合金耐磨件制备方法，所得到的产品具有良好的耐磨性且镀层与金属基体结合牢固。

复合镀层铝合金耐磨件的制备方法包括如下步骤：

(1)铝合金基体表面预处理；

(2)二次镀锌工艺处理，在铝合金基体表面镀锌，制备Zn过渡层；

(3)用高速电喷镀方法制备Ni-TiN陶瓷层，冲洗并干燥；

镀液以能够沉积镍的镀液体系为基础镀液，并含有浓度为2～10g/L的纳米级或微纳米级TiN颗粒和适量高分子分散剂；

高速电喷镀的电流密度为60～75A/dm²，喷射速度150～400L/h，喷嘴扫描速度10～25mm/s；高速电喷镀电压6～8V，喷嘴高度2～4mm，在镀液工作温度40℃～50℃的条件下高速电喷镀10～20min；

(4)等离子弧扫描强化处理；工艺条件为：等离子弧扫描速度2～6mm/s，离子气流量1.5～3L/min，喷嘴高度10～14mm，喷嘴的直径为0.5～1mm，电流18～25A。

步骤(3)的镀液中将纳米级或微纳米级TiN颗粒分散到水中，加入高分子分散剂制得悬浮液，再与基础镀液混合得到镀液；或者先将高分子分散剂与水混合，再加入纳米级或微纳米级TiN颗粒制得悬浮液，再与基础镀液混合得到镀液。

其组分包括：镍离子55～62g/L，柠檬酸三铵40～60g/L，氨水140～160ml/L，纳米级或微纳米级TiN颗粒2～10g/L和适量的高分子分散剂；且镀液pH值为6.0～7.5。

高分子分散剂可选用十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯月桂醚、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚乙二醇。

镀锌制备Zn过渡层，主要是为了防止预处理后的铝合金基体表面重新生成氧化膜，以及防止零件浸入镀液后发生金属置换反应而形成疏松的接触镀层，影响镀层与基体的结合力。采用二次镀锌工艺，即第一次镀锌后在HNO₃溶液中退除，经水洗后，在浓度较低的镀锌溶液中重新镀锌。经过二次镀锌得到的镀锌层非常致密、均匀、完整、且与基体的结合力更好。

所得到的复合镀层铝合金耐磨件，包括铝合金基体和位于铝合金基体表面的复合镀层，其中复合镀层包括Zn过渡层及Ni-TiN陶瓷层，Zn过渡层位于铝合金基体和Ni-TiN陶瓷层之间；Zn过渡层的厚度为0.002～0.003mm。Ni-TiN陶瓷层厚度为0.25～0.5mm。其结构如图1。