[发明专利]一种表面铝硅合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝硅合金生产制备的技术领域，特别涉及一种表面铝硅合金的制备方法。

背景技术

在工业生产过程中，机械零件的表面最容易发生摩擦磨损，导致关键部件失效。通过表 面改性技术在铝合金表层制备铝硅材料可以综合优良的铝合金加工成型性和铝硅合金耐磨 性，有效改善机械构件表面抗磨损性能，大大提高其使用寿命。表面铝硅合金中硅颗粒的形 态、尺寸及分布状况是影响其耐磨性的关键因素，分布不均匀的粗大硅相容易从较软的铝基 体上脱落，使合金的耐磨性无法得到充分的发挥。因此，细化和均匀化硅相是提高该类材料 性能最有效的途径。与传统表面热加工方法相比，激光或者激光电弧复合热源熔覆和合金化 可以在所需的表层深度实现铝和硅的冶金结合，同时利用激光快速加热和冷却的特性实现组 织细化。但是，由于铝硅合金微观组织控制困难，激光合金化过程中出现的主要问题包括： 局部硅颗粒聚集粗化、强化层中易形成裂纹、气孔和疏松。

搅拌摩擦加工是从搅拌摩擦焊演变而来的一种材料改性和复合材料制备加工方法，其原 理是利用搅拌头所造成的加工区域材料的剧烈塑性变形和塑形金属流动，使通过机械或者冶 金方式添加的合金颗粒在铝合金基体材料中分散，实现微观组织的致密化、均匀化和细化， 从而可以获得高性能合金材料。

发明内容

本发明旨在提供一种通过脉冲激光或者脉冲激光和电弧复合热源加工和搅拌摩擦加工制 备表面铝硅合金的方法，用于制备硅颗粒细小、分布均匀的铝硅合金材料，并能简化工艺流 程，降低生产成本，提高生产效率，稳定产品性能。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明表面铝硅合金的制备方法，其特点在于包括如下步骤：

(1)首先将铝板或铝合金板进行表面清洁处理，获得清洁样品；然后，将硅颗粒加入挥 发性有机溶剂中，混合均匀，获得涂浆；将涂浆涂敷在清洁样品表面，并干燥处理，在样品 表面形成硅颗粒涂层；

(2)当硅颗粒涂层厚度≤2mm时，按如下方式处理：

将脉冲激光作用于样品硅颗粒涂层表面，激光束在表面进行逐行扫描(示意图如图1所 示)，单个脉冲熔池之间和相邻扫描道间相互重叠搭接形成连续熔池，使材料整个表层逐个区 域熔化，然后自然冷却，在样品的表面形成铝硅合金层；

当硅颗粒涂层厚度＞2mm时，按如下方式处理：

将脉冲激光和电弧热源结合作为复合热源同时作用于样品硅颗粒涂层表面，复合热源在 表面进行逐行扫描(示意图如图2所示)，单个脉冲熔池之间和相邻扫描道间相互重叠搭接形 成连续熔池，使材料整个表层逐个区域熔化，然后自然冷却，在样品的表面形成铝硅合金层；

(3)采用搅拌摩擦加工方法对样品表面的铝硅合金层进行固相机械搅拌，获得具有细小 均匀硅颗粒的致密表面铝硅合金。

具体的加工参数为：

当硅颗粒涂层厚度≤2mm时，所用脉冲激光的参数为：平均输出功率为100～600W，脉 冲频率为10～50Hz，扫描速度为1～3mm/s，脉宽为1～5ms，焊接电流50～200A。

当硅颗粒涂层厚度＞2mm时，所用脉冲激光和电弧热源的参数为：

脉冲激光：平均输出功率300～800W，脉冲频率为10～60Hz，扫描速度为1～5mm/s，脉 宽为2～7ms，焊接电流100～250A；

电弧热源：焊接电流10～120A，焊接电压10～30V。

在以脉冲激光作用于样品硅颗粒涂层表面的过程中，采用纯氩气对熔池进行保护，气流 量为3～10L/min。

单个脉冲熔池的重叠搭接率为70～80％，相邻扫描道间的重叠搭接率为40～60％。

所述搅拌摩擦加工的步骤和参数为：将样品固定在搅拌摩擦机床工作台上，用模具钢或 耐热合金加工成搅拌工具，搅拌工具在材料的铝硅合金层的搅拌加工前进速度为20～200 mm/min，搅拌工具的旋转速度是400～1500rpm/min，针对材料的整个表层经过1～2次逐个区 域的搅拌，相邻搅拌加工道次之间搭接量为40～50％。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：