[发明专利]铝合金材料表面复合强化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金材料表面强化技术领域，特别涉及一种将电镀或化学镀与真空镀相结合的铝合金材料表面复合强化工艺。

背景技术

近几十年来，随着铝的冶炼与工艺的不断改进及铝材料基础问题的突破，使得铝合金工业得以蓬勃发展，也使得铝合金材料得以广泛应用，铝合金材料模具越来越广泛的应用就是其中一例。在现阶段的美国铝合金模具份额已经占模具总量的20%以上，而在国内尚不足0.2%，仍处于待开发的阶段。铝合金加工性能极佳，切削加工速度比模具钢更是提高了40%，因而大幅度减少了模具的加工周期。铝合金的热传导性能是钢材的四倍至五倍，可以更有效地被加热或冷却，降低能耗，脱模时间大为缩短，速度因此而加快，能有效提高模具的生产效率。铝合金抗腐蚀性能强，如PVC会产生氯离子，易和钢铁反应而使塑料模具表面损坏，但对铝合金产品不起任何腐蚀作用，模具表面能保持光亮及洁净。铝合金组织致密性好且无缺陷，更加容易抛光达到镜面效果。且铝合金低成本，市场稳定，回收效率高，效益高。鉴于铝合金优良的品质及性能，近年来在国外尤其是欧美发达国家已经广泛应用于注塑、吹塑、吸塑及各类型模具（如泡沫成型、鞋模、精铸模）等方面。

但与钢铁等材料相比，铝合金硬度低，耐磨性差，为提高其性能，必须进行表面处理。常用的铝合金表面强化处理方法有：（1）阳极氧化层，硬度较低，约为HV 350；（2）化学镀Ni-P、Ni-W-P等合金，Ni-P合金镀态硬度为HV500左右，热处理后达到HV900左右，Ni-W-P镀层镀态为HV700左右，热处理后可达HV1000左右，具有高硬度度、高耐蚀性、良好的可焊性和装饰性，是铝合金表面处理的重要途径，如公开号为CN101319316A的发明，公开了一种在铝及铝合金表面化学镀镍的方法，包括表面除油、水冲洗、酸蚀、水冲洗、催化液处理、化学镀镍步骤；（3）电镀Cr，镀层的显微硬度可达HV 800-1100，或电镀镍，如公开号为CN101024889A的发明，公开了一种铝制品的电镀方法，包括超音波脱脂、浸泡水洗、锌置换、浸泡水洗、浸泡镍、浸泡水洗、电镀镍。在铝及铝合金单纯进行化学镀或单层电镀及多层电镀其工艺技术是成熟的，但均不能满足作为在模具方面应用时对镀层机械性能的要求，如硬度和耐磨性等。

目前真空等离子体沉积CrN、TiN、TiAlN、TiCN和DLC等涂层技术在钢基材模具上已得到广泛应用，并获得了优异的性能表现，如公开号为CN1033655A的发明，公开了一种在铝合金表面上离子沉积（Ti、Al）N硬质膜的方法，它采用空心阴极离子镀的方法，将钛、铝料共同蒸发和电离，并通入反应气体氮气生成（Ti、Al）N化合物，在200℃低温下沉积于铝合金表面；公开号为CN101191197A的发明，公开了一种磁控溅射离子镀方法，包括在溅射条件下，在磁控靶上施加电源使磁控靶的靶材物质溅射，溅射的靶材物质沉积在基材上；公开号为CN101210309A的发明，公开了一种采用多弧离子镀技术制备（TiAlZr）N超硬涂层的方法，它依次包括：沉积技术的确定、靶材成分的确定、合金靶的制备、工件的选择与前处理等步骤。崔贯英, 张钧. 多弧离子镀(Ti,Al,Zr)N多元超硬梯度膜的制备及力学性能研究[J]. 真空科学与技术学报, 2010, (03)；陈罡, 谭俊, 朱绍华, 张振学. 空心阴极离子镀沉积Ti(CN)的最佳工艺参数及其耐磨性能研究[J]. 中国表面工程, 1997, (04)；张建华, 翟乐恒, 田国勇. 铝合金基板上磁控溅射离子镀氮化钛膜层的研究[J]. 北京工业大学学报, 1988, (03)等文献上也有记载真空等离子体沉积技术。

但由于CrN、TiN、TiAlN、TiCN和DLC等涂层硬而脆，而铝合金相对较软，因而在铝及铝合金材料与镀层存在结合强度较低的问题，涂层容易剥落，且一般CrN、TiN、TiAlN、TiCN和DLC等涂层的沉积温度较高（400℃以上），铝及铝合金的熔点较低，容易导致铝及铝合金模具变形。因此真空涂层技术在铝及铝合金工件的应用一直得不到突破，不能制备合格的高硬度，高耐磨性的镀层。

发明内容

本发明的目的在于解决铝及铝合金化学镀Ni、Ni-P、Ni-W-P或电镀Ni、Cr的结合强度好，但硬度低、耐磨性较差，而铝合金材料真空涂层CrN、TiN、TiAlN、TiCN或DLC涂层硬度高、耐磨性好，但和基体的结合强合度较差的问题，提供了一种将化学镀或电镀与真空涂层技术相结合的铝合金表面复合强化处理技术，可以提高真空涂层与铝合金基体之间的结合强度，同时使铝合金基体表面具有更高的硬度和耐磨性。