[发明专利]基于搅拌摩擦加工制备Al-Pb合金耐磨层的方法

说明书

本发明公开了一种基于搅拌摩擦加工制备Al‑Pb合金耐磨层的方法，步骤包括：在铝板表面开出通槽，通槽内填充铅粉；采用无针搅拌头，搅拌头端面压入铝板基体表面少量深度，通过搅拌头的旋转作用，使植入铅粉的通槽开口密封，防止直接采用有针搅拌头搅拌时发生铅液化溢出现象；采用有针搅拌头搅拌摩擦加工，在铝板表面形成Al‑Pb合金耐磨层。本发明通过搅拌摩擦加工工艺，利用搅拌头的快速旋转生热使纯铝产生热塑性，并使铅颗粒液化，充分混合到纯铝基体中，冷却后铅以较大尺寸的粒子“嵌”在基体内，形成少量改善铝铅合金耐磨性的“Pb包Si”微观结构，在一定程度上改善因铝铅比重差别较大而引起的偏析问题，可用于汽车轴瓦材料。

技术领域

本发明属于铝合金板材表面改性技术领域，更具体的涉及一种基于搅拌摩擦加工制备Al-Pb合金耐磨层的方法。

背景技术

Al-Pb合金是一种新型轴瓦材料，合金中的Pb作为一种自润滑软相在合金中起到了很好的润滑效果，相对于Cu-Pb合金以及锡基巴士合金价格低廉，具有较好的耐磨性能，在中小客货车中得到了广泛应用。

由于Al-Pb系合金存在一个液态不混熔区，而且Al、Pb密度相差较大，采用常规方法往往得到不均匀且严重偏析的Al-Pb合金。利用快速凝固可以获得不同形状和重量的凝固态Al-Pb合金，但是该技术要求足够高的冷却速度，而且生产成本较高。利用机械合金方法可极度细化Pb粉和Al粉，能够克服Al-Pb合金宏观偏析问题，但是均匀化程度改善有限，而且球磨时间较长，需要进一步烧结和压力加工处理，制备较为繁琐。

搅拌摩擦加工是一种新型的固态塑性加工技术，利用搅拌头的机械旋转可使搅拌加工区域材料剧烈塑性变形、分离、混合、破碎和热循环，达到微观组织细化、致密化和均匀化的目的。

发明内容

1、发明目的。

本发明提出了一种基于搅拌摩擦加工制备Al-Pb合金耐磨层的方法，以纯铝为基体材料，以铅颗粒为添加材料，通过搅拌头搅拌制备而成。

2、本发明所采用的技术方案。

一种基于搅拌摩擦加工制备Al-Pb合金耐磨层的方法，其步骤包括：

(1)在铝板表面开出通槽，通槽内填充铅粉；

(2)采用无针搅拌头，搅拌头压入铝板表面0.1-0.2mm，通过搅拌头下端面的旋转，使植入铅粉的通槽开口密封；

(3)采用有针搅拌头搅拌摩擦加工，在铝板表面形成Al-Pb合金耐磨层。

优选的，所述铅粉的粒径为5-10μm，铅含量范围在99.8％-99.95％。

优选的，所述通槽的深度范围4-6mm，宽度范围0.35-1.2mm，通槽间距为6-8mm。则任意两道凹槽中心线之间凹槽面积b与总面积B之比可表示为b/D，而且加工Al-Pb层的Pb含量可大致表示为ρ_Pbb/(ρ_Pbb+ρ_Al(D-b))。

优选的，步骤(2)中无针搅拌头为圆柱型，直径至少大于通槽宽度10mm，由搅拌头提供下压力，轴肩压量保持在0.1-0.2mm，开始搅拌时，搅拌头中心与第一道通槽中心对齐，旋转速度在800-1000r/min，加工速度为50-80mm/min，搅拌头偏距与通槽间距一致，对所有通槽做相同的搅拌封口。

优选的，步骤(3)中有针搅拌针直径4-8mm，针长4.5-6.5mm，轴肩压下量设为0.3mm，设置偏移距离小于通槽间距2-4mm；旋转速度在1000-1500r/min，加工速度为60-80mm/min。

优选的，步骤(3)完成后对搅拌摩擦加工表面进行磨削，磨削深度0.1-0.3mm。