[发明专利]一种铝合金表面改性工艺及其制备的铝合金表面耐磨结构

说明书

技术领域

本发明属于铝合金表面改性技术领域，具体地讲，特别涉及一种铝合金表面改性工艺及其制备的铝合金表面耐磨结构。

背景技术

目前，铝合金由于其高比强度、比刚度和良好的断裂韧性，在航天航空、交通运输等行业备受青睐。但是，在滑动摩擦接触的情况下，用铝合金制造的零部件表面容易产生粘着磨损和磨粒磨损，使零部件表面被擦伤或划伤，导致摩擦力增大，进而产生大量的热量，最终导致零部件的失效。研究表明，通过改变铝合金表面状态可以改善其摩擦学特性，如表面合金化、表面覆层及电子束改性等。上述技术多采用焦耳能、激光能或化学能，存在以下不足：较高的能量导致表面改性层性能恶化、形成有害相、能量利用率低、材料利用率低、能耗大、设备要求条件高和成本高等。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种显著提高耐磨性能的铝合金表面改性工艺。

本发明目的之一的技术方案如下：

一种铝合金表面改性工艺，包括以下步骤：

第一步、打磨，用砂纸打磨铝合金表面；

第二步、除油，用丙酮清洗铝合金表面，并吹干；

第三步、开槽，在铝合金表面均匀开设宽0.5-2mm，深1-3mm的沟槽；

第四步、混合，将体积百分比为50％～75％的MoSi₂粉末和25％～50％的MoS₂粉末球磨混合，得到混合粉末；

第五步、填料，先在沟槽中填充占沟槽容积20％-50％的MoSi₂粉末，然后在沟槽中填充占沟槽容积50％～75％的混合粉末并压实；

第六步、封槽，用短针的搅拌头进行搅拌摩擦加工封槽；

第七步、搅拌摩擦加工，用长针搅拌头进行至少一道次的搅拌摩擦加工，并且相邻道次搅拌头的旋转方向相反。

采用上述方法，通过多道次的搅拌摩擦加工，在铝合金表面添加MoSi₂和MoS₂，在摩擦磨损过程中，MoSi₂颗粒承担主要载荷、与配偶件表面摩擦，从而保护铝合金基体，降低材料的磨损率和磨损系数；而MoS₂通过在表面铺展、在对磨的两个表面形成润滑膜，极大地减少对配偶件的磨损，降低磨损表面温度；从而将MoSi₂与MoS₂各自的优势相结合，并互补各自的缺点，取得了良好的混杂效应，使铝合金材料具有优异抗磨减摩的耐磨性能。并且，在填料时，先填充MoSi₂粉末，后填充MoSi₂和MoS₂的混合粉末，加强了MoSi₂对基体的强化作用，进一步提高了耐磨性能。再则，开槽步骤中，在铝合金表面均匀开设宽0.5-2mm、深1-3mm的沟槽，搅拌摩擦加工采用多道次，相邻道次搅拌头的旋转方向相反，使表面的铝合金、MoSi₂和MoS₂三个组分的分布更加均匀，无团聚堆积现象，提高了铝合金表面耐磨层的使用寿命。

所述第四步中采用行星式球磨机，球料的质量比为5:1，转速为300rpm/min，球磨时间为3小时。使MoSi₂和MoS₂粉末混合更加均匀。

作为优选，所述第四步和第五步中MoSi₂粉末的平均粒径为2-23μm，MoS₂粉末的平均粒径小于等于1.5μm。

所述第七步中搅拌摩擦加工的转速为1000-1540rpm，移动速度25-90mm/min。

所述第七步中搅拌摩擦加工的道次为1-4次。

相邻沟槽之间的间距d＝D/2，其中D为第七步中所用长针搅拌头的轴肩直径。

本发明目的之二在于提供由目的之一铝合金表面改性工艺制备的铝合金表面耐磨结构。