[发明专利]铝合金表面熔覆TiC增强Ni3Al基复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于高能束表面改性领域，尤其涉及铝合金激光表面处理的方法。

背景技术

铝合金是有色金属中应用最广泛的材料之一，铝合金具有密度小、比刚度和比强度高、易加工、热导率高、电导率高等诸多优良性能，在发动机活塞、光学精密仪器、机车车厢等获得了成功的应用，为了减轻重量、降低能耗，提高效率和增强机动性能都竭尽可能地以铝代铜，甚至代钢。在汽车工业领域里西方发达国家铝合金的用量逐渐增加。但铝合金表面硬度较低、摩擦系数高、磨损大、高温性能差，这大大降低了铝合金的应用范围。

大多数金属间化合物具有金属键，其价电子不同于金属晶体中存在大量的自由电子，也不同于共价化合物那样完全被束缚在稳定的原子轨道上，而存在着部分自由运动的电子，其结合键介于共价键和金属键之间。这种结构使金属间化合物既保持了与金属材料接近的某些物理性能，而且又在熔点、热稳定性和化学稳定性等使用性能上接近于陶瓷材料。从而在应用上介于金属材料和陶瓷材料使用性能的空白，使其与金属基体具有更好的匹配性，又能提高其硬度、强度等。

发明内容

本发明所要解决的是无法采用热处理提高铝合金耐磨性，或采用一般的熔覆技术提高硬度、耐磨性有限等技术问题，提供一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni₃Al基复合涂层的方法。

为了解决上述问题采用以下技术方案：一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni₃Al基复合涂层的方法，包括以下步骤：

（1）对铝合金基体金属表面进行清洗，去除油污、氧化层；

（2）将Ni基材料和TiC粉末均匀混合作为涂层材料；其中，Ni基材料中Ni元素重量含量在75%以上；

（3）在氩气保护装置中，采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池；

（4）将涂层材料送入熔池而形成与铝合金基体金属冶金结合，利用Ni与Al之间化学放热反应，反应后形成TiC增强Ni₃Al基复合涂层。

所述的涂层材料中TiC含量在8-20（wt）%。

所述的Ni基材料中含有B元素。

所述的激光处理工艺参数为激光光斑直径4-8mm，功率1.2-2kW，光束扫描速度3-10mm/s。

所述的铝合金基体金属为7A06超硬铝或2A12硬铝。

所述的Ni基材料为Ni基合粉末。

所述的Ni基合为Ni-Cr-B-Si基合金，Ni-Cr-B-Si的化学成分Cr为7.5（wt）%，B为2.5（wt）%，Si为4.0（wt）%，Ni为余量。

Ni₃Al基合金具有抗氧化性好，密度小，较高的室温加工硬化率和较高的高温强度等优点。多晶Ni₃Al中加入少量的B可使室温塑性大幅度提高。

本发明主要应用了在Al熔化为液态后能够与Ni发生化学反应，生成大量的热，进一步熔化Ni基合金，反应迅速，而且Al合金导热快，实现快速冷却。因此Al基体加热的初始温度不高，涂层的晶粒细小，耐磨性和热疲劳性能优良等特点。

本发明具有制备过程稳定，基本无飞溅或烧损，生产效率高等特点；所制备的铝合金表面熔覆TiC增强Ni₃Al基复合涂层具有表面质量良好、TiC分布弥散均匀、晶粒细小、与基体构成冶金结合、耐磨性好等优点。

具体实施方式：

实施例1：一种铝合金表面熔覆TiC增强Ni₃Al基复合涂层的方法，包括以下步骤：（1）选择7A06超硬铝作为基体，对其表面进行清洗，放入合适的充满氩气保护气氛容器中。

（2）以一Ni-Cr-B-Si基合金和TiC粉末均匀混合作为涂层材料；其中TiC含量为10（wt）%，Ni-Cr-B-Si的化学成分Cr为7.5（wt）%，B为2.5（wt）%，Si为4.0（wt）%，Ni为余量。

（3）采用激光束对铝合金基体金属表面形成熔池；激光处理工艺参数为激光光斑直径6mm，功率1.2kW，光束扫描速度8mm/s。

（4）将涂层材料送入熔池而形成与基体金属冶金结合，利用Ni与Al之间化学放热反应，且反应后形成TiC增强Ni₃Al基复合涂层。

对熔覆后的试样界面的元素分布进行分析，Al、Ni、Cr、Si、B元素在界面处的浓度呈现缓慢的过渡趋势，这说明镍基合金与Al基体之间形成化学冶金结合。另外，TiC基本均匀分布其中。