[发明专利]一种改善6061铝合金表面等离子喷涂Ni60A涂层结合强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金基体表面改性领域，特别是涉及一种改善6061铝合金表面等离子喷涂Ni60A涂层结合强度的方法。

背景技术

铝合金具有质量轻、易加工、比强度高等优异的物理和化学性能而广泛应用于机械、汽车、航空航天等领域，是轻量化和节约能源的理想材料。也是目前工业中使用量仅次于钢铁的第二大类金属材料。但是，铝合金材料硬度低、耐磨性差，限制了其在工业方面的进一步应用。通过表面改性技术，改变金属表面结构和性能，赋予基体新的性能这对进一步扩大铝合金使用范围意义重大。目前，在铝合金基体表面制备防护涂层的现有技术包括激光熔敷、电化学氧化法、化学转化技术、微弧氧化技术、热喷涂技术、冷喷涂技术、稀土转化膜等技术等，但均存在生产成本较高、能耗大、产生的废气废液污染环境、涂层薄、涂层与基体结合力差等诸多问题。

等离子喷涂技术由于其高效率，高质量及其工艺方法多样性等自身优点得到广泛应用。采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备耐磨涂层是铝合金表面防护有效方法之一，但是由于铝合金材料具有熔点低、线膨胀系数大、且易氧化等特点，使得制备的涂层和基体之间界面处存在弱的结合力。目前采用等离子喷涂技术在铝合金表面制备的涂层结合强度低，涂层与基体结合强度普遍在10～20Mpa之间。

专利CN1844442A“铝合金基体表面用等离子喷涂耐磨涂层的方法”提出采用惰性气体保护方法喷涂，方法为：在喷涂前采用半封闭罩将工件罩住并向其中充入惰性气体，然后喷涂并获得一定厚度涂层后关闭惰性气体阀门。但是由于封闭罩尺寸的限制，因此该方法仅适用于较小的零部件喷涂，同时喷涂过程中半封闭罩上的气孔也造成大量的气体浪费。专利CN101550549A“铝合金表面反应喷涂Al₂O₃/Al-Si复合涂层及其制法”首先采用热喷涂(包括等离子喷涂、氧-乙炔火焰喷涂、超音速喷涂等)在基体表面制备一层复合涂层，然后通过激光或等离子对涂层进行重熔处理。这种处理虽能使涂层-基体界面间获得较好的结合强度，但是涂层在高能量的激光束及等离子火焰作用下，重熔的涂层内部往往会存在较多的网状裂纹，裂纹的存在往往使得涂层开裂剥落。同时该种涂层制备程序和工艺复杂且能源浪费严重。专利CN103103469“一种铝合金基复合材料、制备方法及应用”采用等离子喷涂在铝合金表面制备铜涂层，通过引入由镍包铝复合粉末制备的Ni/Al粘结层，提高了铝合金与涂层的结合强度，经拉伸试验测得结合强度约为20.3MPa，但是Ni/Al粘结层对涂层与基体结合强度的提高并不显著，大量文献和实验表明：铝合金表面等离子喷涂Ni/Al粘结层的结合强度仅在10～20Mpa之间。这种大小的结合力大多数情况下是无法满足工件的使用要求的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种改善6061铝合金表面等离子喷涂Ni60A涂层结合强度的方法。该方法首先通过引入NiCrAlY粘结层提高Ni60A涂层与6061铝合金基体的结合性能，其次对等离子喷涂法制备的Ni60A涂层进行真空热处理，进一步提高涂层与基体结合性能和涂层耐磨性能。采用本发明制备的Ni60A涂层结合强度高，耐磨性能好。

本发明的技术方案是：

一种改善6061铝合金表面等离子喷涂Ni60A涂层结合强度的方法，包括如下步骤：

步骤一，对6061铝合金基体表面预处理，包括粗化处理和净化处理；

步骤二，制备NiCrAlY粘结层：在6061铝合金表面利用等离子喷枪对预处理后的工件表面进行“间歇式”喷涂NiCrAlY复合粉，得到厚度为100～120μm的粘结层；其中，喷涂主气为氩气，气体流量60dm³/min～80dm³/min；辅助气为氢气，流量为40dm³/min～60dm³/min，送粉气为氩气，送粉速度为20g/min-50g/min，喷涂距离100～120mm；喷涂电流0.5kA；

步骤三，制备镍基涂层：在NiCrAlY粘结层表面进行“间歇式”等离子喷涂Ni60A粉，得到厚度为300～500μm的Ni60A工作层；其中，喷涂主气为氩气，气体流量60dm³/min～80dm³/min；辅助气为氢气，流量为40dm³/min～60dm³/min，送粉气为氩气，送粉速度为20g/min-50g/min，喷涂距离100～120mm；喷涂电流0.5kA；