[发明专利]将热喷涂层粘合到非粗糙铝表面的方法

说明书

本发明涉及将金属粘合到铝被处理物的技术，特别是涉及将稳定的熔剂置于这种被处理物以熔解表面的氧化物并促进与喷射金属的牢固的冶金/化学的粘合的工艺。

迄今为止，表面粗糙度是将热喷涂层粘合到铸铝表面的主要方法。这种粗糙度是借助于诸如喷丸、高压水的机械方法；电解加工或化学蚀剂等方法完成的。这种技术表明有一系列的缺点，这既因为是成本，也因为被处理物的分裂或者是因为对环境的影响。如果能找到一种方法，它能免除对铸铝被处理物粗糙度的要求，还能使金属涂层在被处理物上粘合，那是我们所需希望的。

铝和铝合金一般反应强烈并容易与镍、钛、铜和铁在中等温度下形成互化金属合金。为了抵销这种反应性，铝或铝合金在常温下曝露于空气中时会形成钝化的表面氧化膜(厚度5～100毫微米)。这种氧化膜会抑制金属与非粗糙铝表面的粘合。于是，为了使铝或铝合金与其它金属产生冶金术的、化学的或金属互化的粘合，经常必须去除、溶解或分离这种氧化膜。当如此剥离氧化物时，铝或铝合金将容易在500℃那样低的温度下与喷涂层进行合金化的粘合。

容易采用熔剂去除这种氧化膜。作为范例，采用现有工业上将两片铝合金进行钎焊的实践(通常用低温钎焊金属同时滚压)，它们是这样结合的，首先将两片金属以连接关系装配在一起，然后用室温下应用的熔剂浸透结合区。当积极地加热时，熔剂便熔化并剥离表面氧化膜，从而使熔剂层与铝形成两面间的合金化结合(见美国专利US4911351)。熔剂的成分往往具有氟化基或氯化基(见美国专利3667111)；氟化或氯化碱金属铝盐具有的熔点(熔化温度)基本上是或稍低于铝的熔点(熔化温度)。实践表明，当采用滚压铝片时，这很有效，但采用铸铝合金则有问题，这是因为铸铝有气孔、不均匀，它没有任何硬壳层，并会在与这种熔剂熔化温度重叠的较低温度下熔化。在以下两种情况下，存在严重的缺点，(i)待与铸造金属粘合的金属是热喷涂金属，该金属与铸造金属不相同；以及(ii)金属作为热微滴来应用而不存在低熔解温度的钎焊金属。

因而，本发明的主要目的是获得一种经济、可靠、即时的粘合方法，将热喷涂金属微滴或微粒粘合到非粗糙铸造轻金属基的被处理物上而不存在传统的钎焊材料。该方法会提供在这种轻金属与热喷涂金属层之间冶金学和(或)化学的粘合，优于现有技术获得的机械互锁连接。

满足上述目的本发明是一种将热喷涂层与非粗糙的铸造轻金属(即铝基)表面粘合，具有所要求质量的方法。本方法包括：(a)将熔剂材料沉积在净化后实质无黄油和机油的铸造轻金属基的表面上，这种沉积提供一种干燥的熔剂涂覆表面，熔剂能够去除轻金属表面的氧化物，并具有低于轻金属基表面熔解温度的熔解温度；(b)热激活熔剂涂覆表面中的熔剂，从而熔化遗留在轻金属基表面的任何氧化物；以及(c)与步(b)同时或随后，热喷涂金属微滴或微粒到熔剂涂覆过的表面，以形成与铝基表面至少是冶金术粘合的金属涂层。

对铝基被处理物有利的是，熔剂为含有至多50％(体积比)其它氟化盐的氟化钾铝低共熔物，熔剂最好作为用水或酒精作溶剂的溶液来应用；氟化盐微粒的大小最好控制在10μm以内，这种盐中至少70％的微粒大小为2～4μm，从而按容积计，20～30％的微粒在整个时间内呈悬浮态而不需搅拌。

以下结合附图进一步说明本发明。

附图1为作为AlF₃体积百分比函数的氟化钾铝盐的温度-金相图；

附图2为用来将熔剂材料涂覆到发动机铝气缸体气缸孔内的熔剂喷射装置示意立体图；

附图3为用来将金属微滴或微粒施加到铸铝发动机气缸体气缸孔内表面的热喷射装置示意立体图；

附图4为喷枪和紧邻的涂覆表面部分横截面放大图；

附图5为根据本发明处理过的涂覆铸铝表面显微照相图(放大100倍)；

附图6为采用粗糙技术(水喷射)然后在这种粗糙表面上、热喷射金属微粒而涂覆准备的铸铝表面显微照相图(放大倍数85)；以及

附图7为表示附图5涂层中金属微滴或微粒粒子大小分布的曲线图

最佳模式详细描述如下：

凭采用氟化铝熔剂的经验，通常用于熔解温度的范围为640～660℃的压制铝片合金材料。而本发明最好涉及含有Si、Cu、Mn或Fe混合物量范围为0.5～5％(按重量)的铸铝合金(例如319、356、380和390)成功的熔化，于是当它与例如含有0.5～1.5％Mn、Mg和Fe混合物的3000系列压制铝片含合金比较时，具有稍低的熔解温度(大约580～600℃)。这种铸造合金表面粗糙度通常大约为1～3μmRa，它自己不足以提供与其上面热喷涂层机械互锁连接的能力。