[发明专利]超高强度铝合金表面合金化的处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高强度铝合金表面合金化的处理方法。该方法是通过采用真空磁控溅射镀膜和强流脉冲电子束辐射加热相结合的方法在超高强铝合金的表面形成高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的合金化层，属于材料表面改性技术领域。

 

背景技术

早在20世纪30年代，人们就开始研究超高强度铝合金，但由于该系合金存在严重的腐蚀现象而未得到实际应用。直到20世纪40年代初，Cu、Cr和Mn等元素的加入显著地改善了该系合金的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能，美国和前苏联相继开发出7075超高强度铝合金，用于制造飞机部件。在7075合金的基础上，为了获得良好的综合性能，增加合金中Zn、Mg元素的含量，降低合金中的Fe和Si等杂质含量和提高合金元素Cu的含量及Zn/Mg比，分别成功的研制出了7178、7050、7150、7175、7475和7A55等超高强度铝合金，并成功的用于制造波音767、波音777和空客A310等飞机的结构件。到90年代末，美国、英国、日本等工业发达国家利用喷射成形技术开发出了含锌量在8%以上(最高达14%)，抗拉强度为760～810MPa，延伸率为8%～13%的新一代超高强度铝合金，用于制造交通运输领域的结构件及其他高应力结构。

国内超高强度铝合金的研究开发起步较晚：20世纪80年代初，东北轻合金加工厂和北京航空材料研究所开始研制超高强度高韧铝合金。目前，在普通7XXX系铝合金的生产和应用方面已进入到实用化阶段，产品主要包括7A04、7075、7175和7050等超高强度铝合金，用于各种航空器结构件和汽车摩托车等交通运输方面的制造。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，超高强度铝合金产品因具有强度高、重量轻、加工性能好和尺寸稳定性能好等良好的综合机械性能特点，在航空、航天、兵器、汽车、机械制造、船舶及化学工业中的应用越来越广泛。超高强铝合金的表面的耐腐蚀和耐磨性也得到越来越多的关注和研究。

目前，在铝合金表面制备耐磨涂层的方法通常是在铝合金表面喷涂一层粘结底层，再喷涂氧化物陶瓷工作层，制备出Ni/Al-Al₂O₃、NiCrAl-Al₂O₃、Ni -Al₂O₃等复合涂层，但是这种方法制备出来的涂层结合强度低，并且表面容易形成氧化膜。发明人为李福泉等，授权公告号：CN 100549233A的发明专利，通过电弧辅助激光熔注陶瓷颗粒增强铝或铝合金表面。发明人为郭志猛等、专利名称为“一种铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法”，其授权公告号：CN 100408724A，其公开了通过在反应原料中加入过量的铝，利用自蔓延反应放出的热量使表面的铝表面的氧化膜熔解，在离心力的作用下将氧化物分离。该方法只适合管类构件的内表面获得耐磨涂层，并且因铝合金的导热作用，难以使铁铝金属间化合物与铝基体良好结合。发明人为孙荣禄等、授权公告号：CN 100491593A的发明专利，公开了一种高能密度激光重熔表面熔覆SiC/Al-Si粉末的铝合金表面强化方法，在铝合金基体上获得表面质量良好、高耐磨和高硬度的强化涂层。然而以上这些方法都是采用陶瓷粉末来提高铝合金的耐磨性，不能从本质上解决高熔点陶瓷层带来的结合界面裂纹和开裂的问题。为了避免陶瓷的影响，田永生等发明了一种铝合金表面原位生成铝化物强化层的方法，其授权公告号为CN101532141A，通过将一定比例的镍钛合金粉末与聚乙烯醇溶液混合后，喷涂于铝合金基材表面，并利用激光扫描获得附有强化层的铝合金基材，进而大幅度提高铝合金的耐磨性能。

目前，超高强度铝合金的耐腐蚀层制备方法以阳极氧化为主。然而铝合金阳极氧化工艺复杂，容易受到化学反应池中多种化学和物理因素的影响导致耐腐蚀性能不稳定，并且阳极氧化工艺不符合当前的环保和节能要求。发明人为胡益民等、授权公告号为CN 101693995A的发明专利，采用化学反应法在铝合金表面形成了具有一定纳米厚度的含钴元素的钝化层和喷涂聚合物保护层提高了铝合金表面的防腐蚀特性。胡永俊等（授权公告号：CN 101319316 B）发明了一种不经过浸锌处理在铝合金表面化学镀镍的工艺，解决了工艺复杂、耐腐蚀性能差的问题。