[发明专利]一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法

说明书

本发明一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30‑60min，频率为200Hz，占空比为40‑60％。该方法通过热浸镀铝技术以及微弧氧化技术相结合的方式在高磷铸铁表面形成一层较厚的耐磨陶瓷层，且涂层与基体结合为冶金结合，结合力好，显著提高高磷铸铁的耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种高磷铸铁表面防护与耐磨处理的新技术，尤其涉及高磷铸铁材料表面制备耐磨陶瓷层的方法。

背景技术

近年来，快速发展的运输业已经成为国家经济的支柱产业之一。在运输业中，重型汽车承担着主要的运输任务。其中重型汽车发动机作为关键部件必须在高速运行状态下稳定可靠地工作，因此对发动机内部部件的性能提出了更高的要求。气门导管作为一个重要的部件，需要在高速的运动下保持稳定，因此对其耐磨性的要求较高。传统方法采用高磷铸铁材料(磷含量高于磷在铸铁中的溶解度时，会生成磷共晶，磷共晶会提高铸铁的耐磨性能)，但是逐渐的已不能满足时代的发展。因此需要考虑对其表面改性来提高材料的耐磨性能。常见方法包括热喷涂、表面热处理、粉末包埋和微弧氧化等。

热喷涂方法制备的涂层与基体之间的结合为物理结合，易脱落。由于表面热处理过程，铸铁中的石墨会被氧化，所以表面热处理不适合铸铁。粉末包埋工艺相对复杂，成功率低，所以成本高，不适合工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法通过热浸镀铝技术以及微弧氧化技术相结合的方式在高磷铸铁表面形成一层较厚的耐磨陶瓷层，且涂层与基体结合为冶金结合，结合力好，显著提高高磷铸铁的耐磨性，工艺过程相对简单，成本率高，适合工业生产。同时，涂层也很好地保护铸铁中的石墨。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种在高磷铸铁表面制备耐磨陶瓷层的方法，该方法的步骤是：

(1)对高磷铸铁工件进行预处理，采用热浸镀铝方式在高磷铸铁工件表面获得镀铝层；所述热浸镀铝方式的具体过程是：镀铝温度为710-770℃，浸镀时间为1-5min，助镀剂采用质量分数为7-10％的KF和质量分数为5-8％的NaCl水溶液，助镀温度为95-100℃，时间为2-5min。

(2)将镀铝试样进行打磨抛光处理，并在酒精中超声清洗后烘干待用；将烘干后镀铝试样浸入微弧氧化电解液中进行微弧氧化处理使其表面形成氧化铝陶瓷层；所述微弧氧化处理的具体过程是：采用交流脉冲电源，控制正向电压由100V阶段升压至400V，负向电压由10V阶段升压至140V，加工时间30-60min，频率为200Hz，占空比为40-60％；电解液为将硅酸钠、六偏磷酸钠和氢氧化钾按照质量比例为5：3：2溶解于蒸馏水中制得的水溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明制备涂层的对象是高磷铸铁，目的是提高高磷铸铁耐磨性能，先对高磷铸铁工件进行热浸镀铝处理，再对工件进行微弧氧化，严格控制微弧氧化过程中的工艺参数，实现了将高磷铸铁与氧化陶瓷结合于一体的目的，不仅保留了高磷铸铁材料的优势，同时将陶瓷的高硬度，高耐磨性的优势应用在了此项发明中；同时，此项发明工艺简单，操作方便，环保无污染，适应社会发展的潮流。这里的微弧氧化电解液中优选加入纳米BN和乙醇配置的分散液，在微弧氧化过程中，纳米BN主要通过与熔融氧化铝固溶以及弥散沉积在膜层孔洞和裂纹的方式进入陶瓷层，进而生成含纳米BN颗粒的复合陶瓷层，显著提高其耐磨性。