[发明专利]一种耐磨材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐磨材料的制备方法，在铝合金基体内均匀分布有氮化铝、氧化铝、二硅化钼、石墨粉颗粒，铝合金基体表面分布有复合微弧氧化层，氮化铝、氧化铝、二硅化钼的硬度高，显著提高材料的硬度及耐磨性，石墨粉可提高减摩性。表面的复合微弧氧化层可有效提高合金表面的耐磨性及耐腐蚀性。合金中Sn、Ru、Sr、Lu、Cu、Mn、Mg、Mo、Fe等元素强化相弥散强化从而提高材料的力学性能。制备方法上通过在纯铝金属丝上粘附混合粉末的方式，使得浇铸时混合粉末位于母合金液中央，有利于微粉颗粒的快速扩散和均质，提高生产效率，优化微弧氧化成膜参数和条件，提高氧化陶瓷膜的硬度和光滑程度，降低膜厚，有效提高材料的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及耐磨合金材料领域，特别涉及一种耐磨铝合金材料的制备方法。

背景技术

陶瓷材料具有高强、高硬、高耐磨和耐高温等其他材料无法比拟的优点，但同时也暴露出脆性极大、可加工性差以及生产制造成本高等缺点，将其应用到易加工的金属及其合金材料的表面上，把金属和陶瓷的优点结合起来，既能发挥基体合金的高强、高韧性能，又突出发挥陶瓷材料对金属表面提供的高硬度，全面提高金属表面耐磨损、耐腐蚀性能。电镀、陶瓷喷涂形成的膜层不致密，且与基体结合力差；阳极氧化膜同基体结合良好，但也不具备陶瓷层的高耐磨损及耐腐蚀性能。因此，用常规的阳极氧化和化学转化处理来提高铝合金表面的耐磨性、耐蚀性是不太有效的。采用微弧氧化法完全可以在铝合金表面形成一层陶瓷层，其成分以氧化铝为主，且能使铝合金与陶瓷材料紧密结合，充分发挥金属基体与陶瓷材料各自的优势，此法是改善铝合金表面性能的关键。铝合金表面实施这种陶瓷化技术与铝合金的种类有关，7系铝合金中存在含量较高起强化作用的Zn元素，使得微弧氧化进行的比较困难。

微弧氧化(Micro-arc Oxidation，简称MAO)又称等离子体电解氧化(PlasmaElectrolytic Oxidation，简称PEO)是将Al,Mg,Ti等金属及其合金作为阳极浸渍于电解液中，在较高电压及较大电流所形成的强电场中，将工件由普通阳极氧化的法拉第区拉到了高压放电区，使材料表面产生微弧放电，在复杂的反应下，在金属表面直接原位生长出陶瓷质氧化物陶瓷膜的一项新技术。该过程包含放电的火花、热和电化学、等离子体化学反应等。建立在阳极氧化技术基础上的微弧氧化技术是一个多因素控制的过程。由于铝合金微弧氧化膜中含有阳极氧化膜所不具备的晶态的高温相Cl,-A1203，因此具有极高的硬度，表现出良好的耐磨性。

在微弧氧化膜成长的过程中，电压、电流密度、电解液体系、溶液酸碱性等工艺参数对膜层的生长有着重要的影响。在阳极氧化过程中，只有反应区的温度适当，才能保证铝合金表面产生许多跳动着的微弧点，这些微弧点总是在薄弱环节中优先出现，这样既能保证氧化膜的结构变化，可使原来无序结构氧化膜转化成含有一定α相和γ相的氧化铝结构，又不会对材料表面造成实质性破坏，微弧氧化就是利用这个温度区对材料表面进行改性的。微弧氧化会产生使氧离子渗透到铝基体中的渗透氧化。通过实验发现，大约有2/3的氧化层存在于铝合金的基体中，因此工件尺寸变动不大。由于渗透氧化产生相当厚的过渡区，使基体与膜层间产生结合力更强的冶金结合，膜层不易脱落，最大的氧化层厚度可达200～300μm。

CN201510191728.1涉及一种颗粒增强型铝合金基耐磨材料的制备方法，是针对铝合金材料在使用过程中摩擦磨损的实际情况，以金刚石粉、碳化硼粉、铝合金粉、镁粉、钛粉、氟钛酸钾粉为原料，采用等离子放电热压烧结技术，在等离子放电加热、加压和真空条件下制备颗粒增强型铝合金基耐磨材料，使金刚石颗粒和碳化硼颗粒均匀的分布在铝合金基体中，真空环境有效防止了材料的氧化，等离子放电热压烧结温度低，可以防止材料在制备过程中金刚石的石墨化，烧结过程中产生的等离子体对颗粒表面起到净化作用，提高了界面结合强度和耐摩擦磨损性能，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，颗粒增强型铝合金基耐磨材料密度达99.5％，材料硬度达HV0.1＝235。