[发明专利]一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法

说明书

本发明公开了一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法，通过预置法将AlCoCrFeNi高熵合金粉末预置在2219铝合金基体表面之上，通过高能电子束设备在真空腔室内对其进行电子束熔覆，从而充分结合AlCoCrFeNi高熵合金及2219铝合金两者的优点制备出洁净、轻量、高强、耐磨及耐蚀表面涂层。

技术领域

本发明属于合金材料表面涂层制备技术领域，涉及一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法。

背景技术

当前机械结构逐渐往大型化和轻量化方向发展，铝合金的应用领域逐渐拓展。铝及其合金的使用得到快速的发展，目前铝及其合金广泛应用于航空、航天等领域。近些年来航空和航天飞行器对轻量化要求越来越高，铝合金已经成为大型运载火箭以及各种航天器的重要结构的主要选用材料。相比于其他种类铝合金，2219铝合金主要为Al-Cu合金，具有可热处理性，其具有良好的综合力学性能。

铝合金虽广泛用于汽车运输和航空航天中，但是铝合金具有较低的表面硬度，差的耐磨性和其他自缺陷，这使得零件的表面在实际使用过程中容易受到刮擦，进而会导致整个组件的故障。对于需要出色的表面耐磨性的主要部件，例如发动机气门座、活塞和内燃机凸轮，常规的铝合金材料始终要进行严格的测试。这在一定程度上限制了其在某些重要摩擦部件上的使用，并限制了其进一步的使用和发展。

高熵合金是一种新型的具有高强度、高稳定性、高硬度、高耐磨性、高抗氧化性、高耐蚀性的功能材料，作为一种全新的合金体系，由于其独特的微观结构特征和优异综合性能，成为当前研究的热点之一。目前高熵合金的研究多集中在铸态和热处理态下的合金系的设计、制备、和性能表征等方面，其中AlCoCrFeNi属于AlxCoCrFeNi系统，是最发达和最完善的HEA系统之一，该合金具有极好的耐腐蚀性、高硬度、耐磨性以及抗氧化性。在航空航天以及核电领域具有很大的优势。

高熵合金优异的综合性能使其成为潜在的新型结构材料，目前对高熵合金的制备还处于研究阶段，难以制成大块限制了高熵合金广泛应用，而利用少量的高熵合金进行表面改性则可以解决这个问题。

与传统的表面改性技术相比，高能束(主要包括激光、电子束和离子束)表面熔覆以其高密度能量及快速冷却的特点，可以制备高性能的表面合金层，极大的提高材料表面的组织和性能。2219铝合金在高温下和空气反应极为活泼，针对高能束表面改性技术，电子束表面改性加工处理工作在真空腔室内进行，氧气等对其所产生的有害影响极小，从而可以获得相对洁净的电子束表面处理层。

AlCoCrFeNi高熵合金与2219铝合金的热物理性能具有极大差异性，熔融过程中铝合金基体和高熵合金粉末同时结晶困难，熔合过程中的内应力经常超过材料的承受极限而出现裂纹。

因此本发明提出的一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法可以充分结合2219铝合金及AlCoCrFeNi高熵合金优点，利用电子束快速冷却的特点，制备出具有良好冶金结合且综合性能优异的表面改性涂层。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法，通过使用高能电子束技术表面处理AlCuCoCrFeNi合金化涂层，获得了具有良好冶金结合的电子束熔覆涂层，以实现2219铝合金基材表面强化，改变组织形貌细化晶粒、极大的提高涂层显微硬度及耐磨耐蚀性。

本发明上述解决的技术问题是通过下面的技术方案得以实现的：

一种增强铝合金基体表面性能的电子束熔覆方法，包括以下步骤：

1)将AlCoCrFeNi高熵合金粉末预置在待处理2219铝合金基体材料表面，形成AlCoCrFeNi待熔覆层；