[发明专利]一种铝合金表面激光合金化材料、耐磨涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铝合金表面激光合金化材料、耐磨涂层及其制备方法和应用。激光合金化材料包括铁基合金、碳化硼或氮化硼。其中碳化硼的质量分数为5％～25％或氮化硼的质量分数为3％～15％，余量为铁基合金。添加稀土氧化物对合金化层进行进一步的改性，其中：碳化硼的质量分数为5％～25％，稀土氧化物的质量分数为0.5％～2.5％，余量为铁基合金。合金化层中硬质陶瓷颗粒和金属间化合物的存在大大改善了表面性能，而稀土氧化物的添加使合金化层内部组织更加均匀致密，进一步提高了合金化层的耐磨性。此外，稀土氧化物还能净化熔池，减少涂层中的夹杂和气孔，有利于获得质量更好的合金化层。

技术领域

本发明属于铝合金耐磨涂层表面改性技术领域，具体涉及一种铝合金表面激光合金化材料、耐磨涂层及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

铝是现代工业中应用最为广泛的一类有色金属材料。其密度小，塑性好，易于加工；化学性质比较活泼，在空气中能形成一层致密的氧化物薄膜，具有一定的抗腐蚀性；比强度和比刚度高，导热性好。添加一定元素形成的铝合金在保持纯铝质轻、耐蚀性好等优点的同时还能够具有较高的强度，成为理想的结构材料，被广泛应用于航空航天、机械制造和交通运输等领域。然而，铝及其合金的表面硬度低、摩擦系数高、耐磨性差，严重限制了它在许多领域的应用。因此，如何提高铝合金表面的硬度和耐磨性成为了亟需解决的问题。常规表面处理方法包括热喷涂、电镀、阳极氧化等。热喷涂、电镀等方法制备的强化层与基体之间的结合主要以机械结合为主，强度不高，容易开裂和脱落；阳极氧化法在铝合金表面形成的氧化膜多孔、不连续，保护作用较差，且使用的铬酸盐有毒，会污染环境和危害健康。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种铝合金表面激光合金化材料、耐磨涂层及其制备方法和应用。选用铁基合金、碳化硼或氮化硼陶瓷粉末，在铝合金表面制备出陶瓷增强的复合涂层。并在此基础上进一步添加稀土氧化物，有效发挥了其细化晶粒、净化组织的作用，大大提高了合金化层的耐磨性能。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

第一方面，一种铝合金表面激光合金化材料，包括铁基合金粉末，陶瓷粉末，所述陶瓷材料为碳化硼或氮化硼。

在本发明的一些实施方式中，陶瓷材料为碳化硼，其质量分数为5％～25％，余量为铁基合金；

进一步的，碳化硼的质量分数为5％～18％，余量为铁基合金；

更进一步的，碳化硼的质量分数为8％～12％，余量为铁基合金；

或，陶瓷材料为氮化硼，其质量分数为3％～15％，余量为铁基合金；

进一步的，氮化硼的质量分数为3％～8％，余量为铁基合金。

一种铝合金表面激光合金化材料，还包括稀土氧化物。

在本发明的一些实施方式中，激光合金化材料中：碳化硼的质量分数为5％～25％，稀土氧化物的质量分数为0.5％～2.5％，余量为铁基合金。

在激光合金化过程中B₄C分解成为B和C，并可与熔池中的其他元素如Fe，Cr，Al等发生反应生成陶瓷增强相，提高涂层的耐磨性能。稀土元素为表面活性原子，能够降低表面张力和熔体与晶核间的界面能，当界面能减小时表面生长受到抑制，从而细化了晶粒，并且界面能的降低使得熔池中物质的对流扩散能力增强，有利于更充分的反应。此外，稀土原子半径较大，容易在晶界或相界偏聚，阻碍了晶界或相界的移动，从而也有抑制晶粒长大，从而使细化晶粒的作用。除了细化作用外，稀土元素十分活泼且有界面吸附性，在激光合金化过程中能与熔池中的杂质元素如P、S、O等相互作用，从而减少固溶态杂质的含量，进一步改善涂层的性能。