[发明专利]一种复合强化铝合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种复合强化铝合金的制备方法，本发明首先对铝板表面进行预处理，得到干净铝板；然后在铝板上熔覆一层粉末熔覆层，然后进行固定装夹，设置焊接参数，通过搅拌摩擦加工技术制备铝合金表面强化层，得到复合强化铝合金。本发明利用搅拌摩擦加工过程中搅拌头的摩擦热和搅拌力双重作用，使得强化材料与铝基体之间发生原位反应过程，在铝基体表面0～2mm范围内得到一层强化层，这种原位反应生成的强化层与基体结合良好，可以起到很好的强化作用，成功实现铝基表面强化层的制备。

技术领域

本发明属于铝合金表面强化技术领域，具体涉及一种复合强化铝合金的制备方法。

背景技术

铝及铝合金具有密度小、比强度高、导电导热性好等优点而广泛用于工业生产中，是目前应用最多的一类有色金属材料。但铝及铝合金本身的硬度较小、耐磨损性较差，极大限制了其应用范围。如何提高其表面硬度和耐磨性，成为拓宽铝及其合金使用范围，发挥其优势特点的关键技术。考虑到磨损行为通常只发生在构件表面，将强化颗粒仅加入到合金表面形成颗粒增强铝基表面复合材料层，则可在保持铝基体内部良好韧性和延展性的前提下，提高其表面的硬度和耐磨损性能。目前，铝基表面强化层的主要制备方法有：热喷涂、冷喷涂、气相沉积、激光溶覆、搅拌摩擦加工等，这些方法均属于表面工程技术领域。激光溶敷是应用广泛的表面改性技术之一，该技术以高能激光束作为热源，对粉末和基体表面迅速加热使其熔化形成具有特殊性能的溶覆层。激光熔覆以铝合金作为基体获得性能良好的复合材料的主要困难是：铝合金热膨胀系数与陶瓷颗粒相差很大，制备过程中两者收缩不一致，在结合处产生较大残余应力而开裂。搅拌摩擦加工作为一种新型材料制备方法成为表面复合材料的研究热点，该方法利用高速旋转的搅拌头将预置于板表面的强化颗粒在高温及剧烈塑性变形共同作用下与铝基体复合形成表面复合材料层。但常规的打孔、凹槽等方法加入不可变形颗粒进行FSP制备铝基表面复合层，存在硬质颗粒易被挤出、增强相分布不均匀及增强相与Al 基体结合不好的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金表面强化层的制备方法，解决了现有技术中制备的铝合金表面强化层应力大，易开裂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种复合强化铝合金的制备方法，具体操作步骤如下：

步骤1，使用砂纸对铝板表面进行打磨，去除氧化膜，之后再使用丙酮溶液进行清洗，清洗完成后干燥备用；

步骤2，将质量比为13～15∶3～5∶1∶1的Mo粉、Fe粉、Ni粉、Co粉在混料机中混合均匀，再用质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液将混合好的粉末调成糊状浆料；

步骤3，将浆料涂刷在步骤1处理后的铝板上，涂好后放在干燥箱中干燥，得到预制增强体铝板；将预制增强体铝板表面的浆料层进行激光熔覆，得到表面覆盖有一层厚度为200～300μm的熔覆层铝板；

步骤4：设置铣床加工参数对熔覆层铝板表面进行搅拌摩擦加工，加工参数：旋转速度600～1180r/min，前进速度60～150mm/min，倾角0°，启动铣床，将搅拌头的搅拌针缓慢，匀速地压入已经进行激光熔覆的熔覆层区域，下压量0.2mm，保持4～5s，开始加工，直到熔覆层铝板表面被完全加工完成后停止；将以上加工步骤重复1～6次，使熔覆层被碎化在铝板内，在距离铝板表面0～2mm深处得到一层复合强化层，即得到了复合强化铝合金。

本发明的特点还在于，

步骤2混料机转速90～110r/min，混料时间0.8～1.2h；

其特征在于，步骤2浆料的含固量为50～60％。

步骤3激光熔覆工艺参数为离焦量D＝5mm，脉冲宽度tp＝7ms，峰值功率pm＝5k，频率f＝8Hz，扫描速度V＝4mm/s。

步骤3干燥的干燥温度为60℃，干燥时间6～8h。

Mo粉、Fe粉、Ni粉、Co粉的粒径均为30～50μm。