[发明专利]铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al2O3+TiB2+Al复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金表面Al₂O₃+TiB₂+Al复合涂层及其制备方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

铝合金是世界上用量最大的有色金属材料，它广泛应用于航空、航天和动力机械中。但是，铝合金的硬度很低，耐磨性能很差，应用范围受到很大的限制。例如，将发动机由原来的铸铁材料换成铝合金后，由于铝合金耐磨性差，将使发动机汽缸内壁与活塞接触的部分产生严重磨损，大大减少发动机的使用寿命。此外，同步器齿环、活塞环等要求耐磨的零部件，采用铝合金制造也达不到耐磨性的要求。

目前，在铝合金表面制备耐磨涂层的方法是：首先喷涂一层粘结底层，再喷涂氧化物陶瓷工作层，制备出Ni/Al-Al₂O₃、Ni-Al₂O₃、NiCrAl-Al₂O₃、NiCrAl CoY-Al₂O₃复合涂层。这种方法制备的涂层结合强度低，很难超过15MPa，这种大小的结合力在大多数情况下是不能满足机件要求的。主要原因是铝合金的表面容易形成氧化膜，这层氧化膜在大气中无论进行何种预处理都不能彻底去除。氧化膜的熔点在2000℃以上，喷涂的熔滴无法将其熔化，喷涂后氧化膜处于涂层和铝合金基体之间，阻碍基体金属原子和涂层金属原子的直接接触，无法形成冶金熔合的焊接组织，只是一种机械相嵌和物理吸附状态。

中国专利申请CN200710010330“一种铝合金的防腐蚀方法”中采用热喷涂工艺，在喷涂前对铝合金表面进行去油污、喷砂处理，喷涂后在喷涂层表面用有机涂料进行封闭处理，并在铝合金表面喷涂一层高纯度的铝。然而，在铝合金表面得到高纯度的铝，只能防腐蚀，不能耐磨损，并且没有进行后处理，涂层和铝合金之间不能产生冶金结合。中国专利申请CN200610011816“一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法”属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的技术领域，它采用反应Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al₂O₃分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物，同时自蔓延反应Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。然而，该专利申请是利用自蔓延反应Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃反应得到铁铝金属间化合物涂层，需要借助离心力的作用，只适合于在管类结构的构件内表面获得耐磨涂层，并且反应Fe₂O₃+2Al＝2Fe+Al₂O₃放出的热量在构件尺寸较大时，因铝合金的导热作用，难以使铝合金表面的氧化膜熔解，铁铝金属间化合物很难与铝基体形成冶金结合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al₂O₃+TiB₂+Al复合涂层，在铝合金表面制备Al₂O₃+TiB₂+Al复合涂层，采用本发明的复合涂层结合强度高，接合热应力小，具有优异的耐磨性能。

优选地，本发明所述铝合金表面制备的Al₂O₃+TiB₂+Al复合涂层厚度为0.1mm～2mm。

本发明的第二个目的在于提供给一种上述铝合金表面反应喷涂及搅拌摩擦焊接的Al₂O₃+TiB₂+Al复合涂层的制备方法。

为了实现本发明的目的，发明人通过大量试验研究，最终获得了如下方案：