專利名稱：表面處理方法、滑動(dòng)部件以及活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋁或者鋁合金的表面處理方法，以及由此表面處理的活塞，還涉及用于鋁或者鋁合金的表面處理膜，以及具有用該膜鍍覆的滑動(dòng)表面的滑動(dòng)部件。
更具體地，本發(fā)明涉及一種表面處理方法，該方法需要簡(jiǎn)單的設(shè)備，可降低處理成本，可產(chǎn)生具有優(yōu)異耐磨性、耐蝕性和其他性能的鋁或鋁合金，以及涉及具有該方法處理的表面的活塞。還涉及適合于在內(nèi)燃機(jī)的滑動(dòng)表面上使用、并且具有優(yōu)異耐磨性、初始配合性、保油性和其他性能的表面處理薄膜，以及鍍覆有這種滑動(dòng)薄膜的滑動(dòng)部件。
現(xiàn)常規(guī)使用的氧化鋁膜處理法是一種在酸浴中陽(yáng)極化鋁的方法，以在鋁表面形成硬質(zhì)氧化鋁膜。但是，該方法具有下述缺點(diǎn)需要電源設(shè)備，以及由于成膜速率低而制造成本非常高。
另一方面，作為內(nèi)燃機(jī)部件的鋁或鋁合金活塞的套筒用錫鍍覆。盡管沉積的錫膜可有效地產(chǎn)生良好的初始配合性，但是沒(méi)有改善耐磨性的作用。
出于解決上述常規(guī)表面處理技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明人為了開發(fā)表面處理方法的目的進(jìn)行了深入的研究，該方法需要簡(jiǎn)單的設(shè)備，可降低處理成本，可產(chǎn)生具有優(yōu)異耐磨性、耐蝕性和其他性能的均勻膜，由該方法表面處理的滑動(dòng)部件。
結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過(guò)下述表面處理方法可解決上述問(wèn)題，所述的方法包括下列步驟提供含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和特定銨化合物或類似物的處理溶液(或者水溶液)，加熱該溶液至70-100℃溫度范圍，將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。
另外，還發(fā)現(xiàn)通過(guò)用特定的膜鍍覆滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面可解決上述問(wèn)題，所述的特定膜是由NH4MgAlF6和MgAlF6·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。
還有，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)例如通過(guò)使用在鋁或鋁合金表面形成的特定膜可解決上述問(wèn)題，所述的特定膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有分散在其中的硅顆粒。從此觀點(diǎn)來(lái)看已完成了本發(fā)明。
即，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種表面處理方法，該方法包括下列步驟提供含有選自硼氟酸銨和氯化銨的銨化合物或者氨水和硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)的處理溶液(或者水溶液)，加熱該溶液至70-100℃溫度范圍，將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。在該表面處理方法中，上述處理溶液優(yōu)選含有0.1-20重量份硅氟酸鎂和0.01-10重量份銨化合物或者氨水，以銨(NH4)含量表示。使用的銨化合物優(yōu)選包括在水中的溶解度不小于1g/L(當(dāng)溶解時(shí))并且可給溶液提供銨離子(NH4+)的化合物。特別是使用硼氟酸銨(NH4BF4)或者氯化銨(NH4Cl)。
還有，本發(fā)明還提供了經(jīng)過(guò)本發(fā)明上述表面處理方法表面處理的活塞。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種活塞，其中其表面鍍覆薄膜，所述的薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且優(yōu)選其包括活塞環(huán)凹槽、活塞銷凸面、活塞裙、活塞頭和活塞內(nèi)表面的整個(gè)表面均用該薄膜鍍覆。在該活塞中，薄膜的厚度優(yōu)選為1-20微米范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了由包括鋁或鋁合金的基體金屬制成的滑動(dòng)部件，其中該滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面用薄膜鍍覆，所述的薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有立方晶體結(jié)構(gòu)，并且沒(méi)有晶體取向。
還有，還提供了一種滑動(dòng)部件，其中該滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面用薄膜鍍覆，該薄膜具有1-20微米的厚度并且由多個(gè)尺寸為1-20微米的聚集體組成，每個(gè)聚集體由尺寸為1微米或者更小的微晶形成。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于鋁合金的表面處理薄膜，該薄膜是一種在鋁或鋁合金表面形成的薄膜，該膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有分散在其中的硅顆粒，分散在薄膜中的硅顆粒的含量為1-24wt％，優(yōu)選為6-24wt％，硅在鋁合金中的含量為4-24wt％，優(yōu)選為7-24wt％。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的活塞的示意圖；圖2是本發(fā)明的表面處理薄膜的示意圖；圖3是本發(fā)明的表面處理薄膜的示意圖；圖4是薄膜的截面圖；圖5是實(shí)施例1的處理溶液1形成的薄膜的X射線衍射圖；圖6是實(shí)施例1的處理溶液2形成的薄膜的X射線衍射圖；圖7是表示在磨蝕試驗(yàn)中觀察到的劃痕的截面形狀的圖；圖8是表示在磨蝕試驗(yàn)中觀察到的磨蝕量的的圖；圖9是實(shí)施例1的處理溶液1形成的薄膜的電鏡照片；圖10是實(shí)施例1的處理溶液2形成的薄膜的電鏡照片；圖11是實(shí)施例1的處理溶液1形成的薄膜的截面的光學(xué)照片；圖12是實(shí)施例1的處理溶液2形成的薄膜的截面的光學(xué)照片；圖13是表示在實(shí)施例5中進(jìn)行的耐磨性試驗(yàn)的結(jié)果的圖；圖14是實(shí)施例6的處理溶液3形成的薄膜的X射線衍射圖；圖15是實(shí)施例7的處理溶液4形成的薄膜的X射線衍射圖；圖16是實(shí)施例8的處理溶液5形成的薄膜的X射線衍射圖。
在這些圖中所標(biāo)出的標(biāo)號(hào)的含義如下1-活塞，2-基體金屬，3-薄膜，4-活塞環(huán)凹槽，5-活塞裙，6-銷孔，7-微晶，8-微晶聚集體，9-硅，10-鋁合金，11-鋁表面上的薄膜。
下面首先說(shuō)明本發(fā)明第一方面的表面處理方法。
本發(fā)明的表面處理方法包括下列步驟提供含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和特定銨化合物或者氨水的處理溶液(或者水溶液)，加熱該溶液至70-100℃溫度范圍，將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。
用于本發(fā)明的銨化合物優(yōu)選包括在水中的溶解度不小于1g/L(當(dāng)溶解時(shí))并且可給溶液提供銨離子(NH4+)的化合物。特別是這種化合物包括硼氟酸銨(NH4BF4)或者氯化銨(NH4Cl)。作為氨水，可使用具有常規(guī)濃度的氨水。
用于本發(fā)明的處理溶液，每100重量份水中，優(yōu)選含有0.1-20重量份、更優(yōu)選0.2-15重量份硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)，和0.01-10重量份、更優(yōu)選0.02-5重量份的上述銨化合物或者類似物，以銨(NH4)含量表示。這種處理溶液可在鋁或鋁合金表面上形成具有較好均勻性、耐磨性和耐蝕性的薄膜。
如果用于本發(fā)明處理溶液中的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)的含量小于0.1重量份或者銨化合物或者類似物的含量(以銨(NH4)含量表示)小于0.01重量份，則反應(yīng)時(shí)間會(huì)延遲至不適合的程度。
相反，如果用于本發(fā)明處理溶液中的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)的含量大于20重量份或者銨化合物或者類似物的含量(以銨(NH4)含量表示)大于10重量份，則難以溶解這些化合物。
用本發(fā)明方法進(jìn)行表面處理的材料是鋁或鋁合金。具體例子包括純鋁、壓延鋁材、鑄造鋁材和模鑄鋁材。本發(fā)明可應(yīng)用于任何上述材料，作為表面處理的結(jié)果，具有改進(jìn)耐磨性、耐蝕性和其他性能的效果。
待表面處理的材料可通過(guò)去除附著其上的污染物(如油)而簡(jiǎn)單地進(jìn)行。但是，表面處理可在材料經(jīng)過(guò)用氫氧化鈉等的堿洗和酸洗之后進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，將待表面處理的鋁或鋁合金浸入上述的溶液(或水溶液)中。
鋁或鋁合金所浸入的處理溶液的溫度通常為70-100℃，優(yōu)選為75-99℃，更優(yōu)選為80-98℃。如果處理溶液的溫度小于70℃，則反應(yīng)時(shí)間會(huì)延遲至不適合的程度。相反，如果處理溶液的溫度高于100℃，則處理溶液的蒸發(fā)達(dá)到不合適的程度。
關(guān)于處理的時(shí)間，對(duì)于達(dá)到表面處理的目的來(lái)說(shuō)，將材料在處理溶液中浸入約2分鐘即足夠，因?yàn)槌赡ぴ诩s1分鐘的時(shí)間內(nèi)即完成。應(yīng)指出的是一旦成膜后，將材料浸入處理溶液中30分鐘或者更長(zhǎng)時(shí)間是不會(huì)存在任何問(wèn)題，因?yàn)樵撃ぞ哂蟹雷o(hù)作用。
用上述本發(fā)明表面處理方法在鋁材等表面形成的表面處理膜具有防護(hù)作用，并因此改進(jìn)了鋁基材的耐蝕性。另外，所形成的表面處理膜具有優(yōu)異的耐磨性。
另一方面，由于本發(fā)明的表面處理方法無(wú)需電源設(shè)備，因而設(shè)備可簡(jiǎn)化，從成本角度考慮這是有利的。另外，與常規(guī)表面處理技術(shù)相比，本發(fā)明的表面處理方法具有更快的在鋁或鋁合金等表面上的成膜速率，因此具有更高的生產(chǎn)率。
其次，下面說(shuō)明本發(fā)明第二方面的活塞。
本發(fā)明的活塞是經(jīng)過(guò)本發(fā)明表面處理方法處理的活塞，上述方法包括下列步驟提供含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和上述特定銨化合物的處理溶液(或者水溶液)，加熱該溶液至70-100℃溫度范圍，將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。在該方法中，優(yōu)選的是上述處理溶液，每100重量份水中，含有0.1-20重量份硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和0.01-10重量份的上述銨化合物或者類似物，以銨(NH4)含量表示。
在用上述表面處理方法形成薄膜之前，用有機(jī)溶劑、脫脂劑等清洗本發(fā)明的活塞。本發(fā)明可應(yīng)用于各種鋁合金制成的普通發(fā)動(dòng)機(jī)活塞。
將清洗的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞按照上述的表面處理方法浸入處理溶液中。因此在活塞表面形成由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成的薄膜。在這種處理過(guò)程中，NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物以下述方式沉積當(dāng)所供給的銨(NH4)量不足以形成由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜時(shí)，MgAlF5·1.5H2O或者M(jìn)gAl2F8·2H2O與NH4MgAlF6混合結(jié)晶出來(lái)。在該過(guò)程中，可部分形成由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜。任一種上述薄膜都具有優(yōu)異的耐磨性。
關(guān)于處理時(shí)間，對(duì)于達(dá)到表面處理目的來(lái)說(shuō)，將活塞在處理溶液中浸入約2分鐘即足夠，優(yōu)選2-10分鐘，因?yàn)轭愃朴谏鲜霰砻嫣幚矸椒?，成膜在約1分鐘的時(shí)間內(nèi)即完成。應(yīng)指出的是一旦成膜后，將活塞浸入處理溶液中30分鐘或者更長(zhǎng)時(shí)間是不會(huì)存在任何問(wèn)題，因?yàn)樵撃ぞ哂蟹雷o(hù)作用。
在由上述方法獲得的活塞中，其表面鍍覆有薄膜，該薄膜由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且任選地包括由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜，因此具有優(yōu)異的表面性能。甚至該薄膜在諸如活塞環(huán)凹槽、活塞銷凸面、活塞裙、活塞頭和整個(gè)側(cè)面的任何一部分上形成，都會(huì)產(chǎn)生有益效果。但是，優(yōu)選的是在包括這些部分的整個(gè)表面上都鍍覆這種薄膜。
上述本發(fā)明的活塞不象常規(guī)的如鍍錫活塞那樣軟，但具有優(yōu)異的耐磨性和非常好的耐久性。
接著，下面說(shuō)明本發(fā)明第三方面的滑動(dòng)部件。
本發(fā)明的滑動(dòng)部件是由包括鋁或鋁合金的基材制成，并且滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面鍍覆有薄膜，所述的薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有立方晶體結(jié)構(gòu)，并且沒(méi)有晶體取向。任一種上述薄膜都具有優(yōu)異的耐磨性，并且可包括由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜。
還有，本發(fā)明的滑動(dòng)部件的如下該滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面鍍覆有薄膜，該薄膜具有1-20微米的厚度并且由多個(gè)尺寸為1-20微米的聚集體組成，每個(gè)聚集體由尺寸為1微米或者更小的微晶形成。
下面參照?qǐng)D1更具體地說(shuō)明這種滑動(dòng)部件。
參照?qǐng)D1，作為滑動(dòng)部件的用于內(nèi)燃機(jī)的活塞1由包括鋁合金的基材2制成?；谋砻驽兏灿斜∧?以改進(jìn)其滑動(dòng)性能?；钊?沿汽缸(構(gòu)成相對(duì)部件)的內(nèi)壁滑動(dòng)，活塞環(huán)凹槽4相對(duì)活塞環(huán)滑動(dòng)，活塞銷孔6沿活塞銷滑動(dòng)。
例如Al-Si-Cu-Ni-Mg合金用作基材2。這種合金的具體例子包括AC8A，AC8B，AC9A和AC9B。
通過(guò)將活塞1進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)換處理在活塞1表面形成薄膜3。這種薄膜3是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。任意地，薄膜3可包括由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜。盡管薄膜3具有這些成分中的任何一種，其具有立方晶體結(jié)構(gòu)，并且沒(méi)有晶體取向。
薄膜3由尺寸為1微米或者更小的微晶7形成。微晶7聚集在一起形成多個(gè)尺寸為1-20微米的聚集體8，并且這些聚集體8鍍覆基底金屬的表面至1-20微米的厚度(圖2和3)。該薄膜形成了新的滑動(dòng)表面。這些聚集體8的構(gòu)型根據(jù)與NH4MgAlF6混合的MgAlF5·1.5H2O或MgAl2F8·2H2O的量而變化。
構(gòu)成薄膜3的這些微晶7和聚集體8使滑動(dòng)表面的表面積增加，因此改進(jìn)了保油性。另外，由于聚集體8優(yōu)先被磨蝕，該滑動(dòng)表面具有良好的初始配合性。耐磨性能方面的這些改進(jìn)有效地增加了滑動(dòng)部件的耐久性，降低了摩擦，并且改進(jìn)了油耗。
最后，下面說(shuō)明本發(fā)明第四方面的表面處理薄膜。
用于鋁合金的本發(fā)明的表面處理薄膜是形成在鋁或鋁合金表面上的薄膜，該薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有分散在其中的硅顆粒。任意地，該薄膜可包括由NH4MgAlF6單獨(dú)組成的薄膜。還有，分散在薄膜中的硅顆粒的含量為1-24wt％，優(yōu)選為6-24wt％，硅在鋁合金中的含量為4-24wt％，優(yōu)選為7-24wt％。
按照本發(fā)明獲得的薄膜組織示于圖4。構(gòu)成基底金屬的鋁合金含有4-24wt％硅9，共晶硅或過(guò)共晶硅分散在鋁基體10中。鋁合金的表面用薄膜鍍覆，該薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且類似于分散在鋁合金基底金屬中的共晶硅或過(guò)共晶硅的硅顆粒分散在該薄膜中。
本發(fā)明的表面處理薄膜的上述組織可以下述方式獲得。
用有機(jī)酸、脫脂劑等將含有4-24wt％硅(Si)的鋁合金材料脫脂，然后用氫氧化鈉等進(jìn)行堿洗，并酸洗。隨后，將含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和銨化合物的處理溶液(或者水溶液)加熱至70-100℃溫度范圍，將鋁合金材料浸入該處理溶液中處理約2-10分鐘。
根據(jù)上述步驟，鋁合金表面內(nèi)存在的鋁優(yōu)先溶解在該處理溶液中。同時(shí)，溶解的鋁(Al)與溶液中的鎂(Mg)和銨(NH4)反應(yīng)形成薄膜，該薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。該薄膜沉積在鋁合金表面，同時(shí)與難以溶解于該處理溶液中的硅顆粒結(jié)合。因此，獲得硅分散于其中的薄膜。
但是，應(yīng)指出的是，在上述步驟中，用有機(jī)溶劑、脫脂劑等脫脂、堿洗以及酸洗是為了清洗基材，對(duì)于獲得本發(fā)明的組織并非必須。
通過(guò)下面的實(shí)施例更具體地說(shuō)明本發(fā)明。但是這些實(shí)施例并不限制本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的用于鋁或鋁合金的表面處理方法需要簡(jiǎn)單的設(shè)備，可降低處理成本，可產(chǎn)生具有優(yōu)異耐磨性、耐蝕性和其他性能的均勻膜。
即，根據(jù)本發(fā)明，由于處理?xiàng)l件簡(jiǎn)易可使設(shè)備簡(jiǎn)化，并且所獲得的表面鍍覆的鋁等具有優(yōu)異的耐磨性，可降低磨損。另外，本發(fā)明方法獲得的薄膜具有防護(hù)性能，因此，在鋁等整個(gè)表面上的薄膜具有均勻的薄膜厚度，與處理?xiàng)l件無(wú)關(guān)，并且膜厚的不均勻度小。還有，由此獲得的薄膜具有優(yōu)異的耐蝕性，因此在腐蝕環(huán)境下也具有耐磨性。
另外，經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法表面處理的活塞具有優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性和其他性能。因此，具有優(yōu)異的耐久性并可有效地用作各種發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞。
還有，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)鍍覆鋁或鋁合金制成的滑動(dòng)部件的滑動(dòng)表面，可以改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等的滑動(dòng)部件的耐久性。例如，如果鍍覆發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，可改進(jìn)耐磨性、初始配合性、保油性和其他性能。這在提高耐久性、降低摩擦、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率以及改進(jìn)油耗方面是有效的，因此從工業(yè)性的角度來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。實(shí)施例1在該實(shí)施例中，使用含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和硅氟銨[(NH4)2SiF6]的處理溶液(或者水溶液)對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理。
將0.67重量份的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和0.13重量份的硅氟銨[(NH4)2SiF6]溶解于100重量份的水中。將該水溶液加熱至90℃并用作處理溶液1。用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入處理溶液1中5分鐘進(jìn)行表面處理。
接著，將0.67重量份的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和0.33重量份的硅氟銨[(NH4)2SiF6]溶解于100重量份的水中。將該水溶液加熱至90℃并用作處理溶液2。用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入處理溶液2中5分鐘進(jìn)行表面處理對(duì)于用上述處理溶液1表面處理的試樣，用X射線衍射儀分析所形成的薄膜，結(jié)果示于圖5。
從圖5可看出，作為用處理溶液1表面處理的結(jié)果，在鑄鋁試樣表面形成了薄膜，該薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。但是，該X射線衍射圖包括所形成的薄膜的X射線衍射圖譜和構(gòu)成基底金屬(即AC8A-T6材料)的鋁(Al)和其中所含的硅的X射線衍射圖譜。從該X射線衍射圖還可看出所形成的薄膜不呈現(xiàn)晶體取向。
對(duì)于用上述處理溶液2表面處理的試樣，用X射線衍射儀分析分析所形成的薄膜，結(jié)果示于圖6。
從圖6可看出，作為用處理溶液2表面處理的結(jié)果，在鑄鋁試樣表面形成了由NH4MgAlF6組成的薄膜。但是，該X射線衍射圖包括所形成的薄膜的X射線衍射圖譜和構(gòu)成基底金屬(即AC8A-T6材料)的鋁和其中所含的硅的X射線衍射圖譜。從該X射線衍射圖還可看出所形成的薄膜不呈現(xiàn)晶體取向。
對(duì)于用上述處理溶液1或2表面處理的試樣，使用熱處理的SCM435材料作為相對(duì)材料進(jìn)行球-盤磨蝕試驗(yàn)。另外，也以相同方式對(duì)未經(jīng)表面處理的試樣(AC8A-T6)進(jìn)行了球-盤磨蝕試驗(yàn)。
在圖7中示出了所產(chǎn)生的磨痕的截面形狀(或者輪廓)。
由球-盤磨蝕試驗(yàn)結(jié)果所獲得的磨蝕量示于圖8。
從圖7可看出，當(dāng)與未處理試樣比較時(shí)，經(jīng)過(guò)使用本發(fā)明上述處理溶液1或2進(jìn)行表面處理的試樣具有優(yōu)異的耐磨性。
從圖8也可看出，經(jīng)過(guò)使用本發(fā)明上述處理溶液1或2進(jìn)行表面處理的試樣所產(chǎn)生的磨蝕量為未表面處理的試樣的1/20，因此具有優(yōu)異的耐磨性。
還有，當(dāng)與未處理試樣比較時(shí)，無(wú)論是單獨(dú)由NH4MgAlF6組成的薄膜，還是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成的薄膜，結(jié)果是經(jīng)過(guò)表面處理的試樣具有明顯改進(jìn)的耐磨性。
圖9是用處理溶液1處理試樣所形成的薄膜的電鏡照片。圖2是相應(yīng)于圖9的示意圖。
從圖2和圖9可看出，薄膜由尺寸為1微米或更小的微晶7組成，這些微晶聚集在一起形成尺寸為1-20微米的多個(gè)聚集體8。另外，可看出，多個(gè)聚集體8覆蓋了基底金屬(即AC8A-T6材料)的表面而形成了薄膜。
圖10是用處理溶液2處理試樣所形成的薄膜的電鏡照片。圖3是相應(yīng)于圖10的示意圖。
從圖3和圖10可看出，薄膜由尺寸為1微米或更小的微晶7組成，這些微晶聚集在一起形成尺寸為1-20微米的多個(gè)聚集體8。另外，可看出，多個(gè)聚集體8覆蓋了基底金屬(即AC8A-T6材料)的表面而形成了薄膜。
從圖9和圖10可看出，聚集體8的構(gòu)型根據(jù)薄膜的成分即與NH4MgAlF6混合的MgAlF5·1.5H2O或MgAl2F8·2H2O的量而變化(見(jiàn)圖2和3)。
圖11和12是用處理溶液1或2處理試樣所形成的薄膜的截面光學(xué)照片。圖4是相應(yīng)于圖11和12的示意圖。
從圖4、圖11和圖12可看出，在金屬基底(即AC8A-T6材料)的表面上形成了厚度約6微米的薄膜。在這些光學(xué)照片中可看出由基底金屬(即AC8A-T6材料)產(chǎn)生的硅顆粒(Si)結(jié)合在該薄膜中。這是由于含在基底金屬(即AC8A-T6材料)中的硅顆粒仍保留在基底金屬表面上，并且結(jié)合在表面處理過(guò)程中所形成的薄膜中。實(shí)施例2用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入類似于實(shí)施例1的處理溶液2中5分鐘進(jìn)行表面處理。
對(duì)于上述表面處理的試樣(即實(shí)施例2的試樣)和未經(jīng)過(guò)上述表面處理的試樣(即未處理試樣)，通過(guò)鹽水噴霧試驗(yàn)進(jìn)行耐蝕性評(píng)價(jià)。
從所獲得的的結(jié)果可看出，本發(fā)明的試樣具有防護(hù)性能，并且由上述表面處理方法所形成的表面處理薄膜能改進(jìn)鋁或鋁合金的耐蝕性。實(shí)施例3用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入類似于實(shí)施例1的處理溶液2中5分鐘進(jìn)行表面處理。
對(duì)于上述表面處理的試樣(即實(shí)施例3的試樣)、用硬質(zhì)氧化鋁膜處理法表面處理的試樣(即AC8A-T6材料)和未經(jīng)過(guò)上述表面處理的試樣(即未處理試樣)，通過(guò)使用SCM材料作為相對(duì)材料測(cè)量它們?cè)谟蜐?rùn)滑下的摩擦系數(shù)。所得結(jié)果示于表1中。
表1
從表1所示出的結(jié)果可看出，上述的表面處理降低了摩擦系數(shù)。實(shí)施例4用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗發(fā)動(dòng)機(jī)活塞(AC8A-T6材料)，并將試樣浸入類似于實(shí)施例1的處理溶液2中5分鐘進(jìn)行表面處理。由此在活塞表面形成NH4MgAlF6薄膜。
將上述本發(fā)明的表面處理的活塞(即實(shí)施例4的活塞)和未經(jīng)過(guò)上述表面處理的活塞(即未處理活塞)都裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)中，并且在滿負(fù)荷下真正運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)之后，卸下活塞并檢測(cè)表面狀態(tài)。檢測(cè)項(xiàng)目包括鋁在活塞環(huán)上的粘附、活塞銷凸面的劃痕以及活塞裙表面的劃痕。所得結(jié)果示于表2中。
表2
從表1所示出的結(jié)果可看出，相對(duì)于未處理的活塞，經(jīng)過(guò)本發(fā)明表面處理的活塞對(duì)活塞環(huán)凹槽、活塞銷凸面以及活塞裙表面均有改進(jìn)。實(shí)施例5用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗6種具有不同硅(Si)含量的鋁合金材料，并將試樣浸入類似于實(shí)施例1的處理溶液2中5分鐘進(jìn)行表面處理。結(jié)果鋁合金材料中的鋁(Al)溶解于該處理溶液中。同時(shí)溶解的鋁(Al)與處理溶液中的氟(F)、鎂(Mg)和銨(NH4)反應(yīng)而沉積在鋁合金表面上。在該過(guò)程中，形成上述薄膜，同時(shí)將在處理溶液中不溶的硅顆粒結(jié)合在膜中，從而獲得具有分散其中的硅顆粒的薄膜。因此，獲得各種具有不同硅含量的鍍膜試樣。
將所得的試樣進(jìn)行針-盤磨蝕試驗(yàn)，其中使用滲碳硬化和回火的SCM420針作為相對(duì)材料。在該試驗(yàn)中，薄膜的耐磨性以磨蝕量來(lái)評(píng)價(jià)。所得結(jié)果示于圖13中。
從試驗(yàn)結(jié)果可看出，當(dāng)與薄膜中不含硅的試樣相比時(shí)，甚至硅含量約為1％的試樣也具有改進(jìn)的耐磨性，并且硅含量為6％或更大的試樣具有明顯改進(jìn)的耐磨性。實(shí)施例6在該實(shí)施例中，使用含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和硼氟銨(NH4BF4)的處理溶液(或者水溶液)對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理。
將0.67重量份的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和0.51重量份的硼氟銨(NH4BF4)溶解于100重量份的水中。將該水溶液加熱至90℃并用作處理溶液3。用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入上述處理溶液中5分鐘進(jìn)行表面處理。
對(duì)于用本發(fā)明上述處理溶液3表面處理的試樣，用X射線衍射儀分析所形成的薄膜，結(jié)果示于圖14。
從圖14可看出，作為用處理溶液3表面處理的結(jié)果，在鑄鋁試樣表面形成了由NH4MgAlF6組成的薄膜。但是，該X射線衍射圖包括所形成的薄膜的X射線衍射圖譜和構(gòu)成基底金屬(即AC8A-T6材料)的鋁和其中所含的硅的X射線衍射圖譜。實(shí)施例7在該實(shí)施例中，使用含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和氯化銨(NH4Cl)的處理溶液(或者水溶液)對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理。
將0.67重量份的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和0.26重量份的氯化銨(NH4Cl)溶解于100重量份的水中。將該水溶液加熱至90℃并用作處理溶液4。用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入上述處理溶液中5分鐘進(jìn)行表面處理。
對(duì)于用本發(fā)明上述處理溶液4表面處理的試樣，用X射線衍射儀分析所形成的薄膜，結(jié)果示于圖15。
從圖15可看出，作為用處理溶液4表面處理的結(jié)果，在鑄鋁試樣表面形成了由NH4MgAlF6組成的薄膜。但是，該X射線衍射圖包括所形成的薄膜的X射線衍射圖譜和構(gòu)成基底金屬(即AC8A-T6材料)的鋁和其中所含的硅的X射線衍射圖譜。實(shí)施例8在該實(shí)施例中，使用含有硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和氨水溶液的處理溶液(或者水溶液)對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理。
將0.67重量份的硅氟酸鎂(MgSiF6·6H2O)和2毫升的氨水(25％水溶液)氯化銨(NH4Cl)溶解于100重量份的水中。將該水溶液加熱至90℃并用作處理溶液5。用有機(jī)溶劑和脫脂劑清洗直徑50毫米厚5毫米的AC8A-T6鑄鋁試樣，并將試樣浸入上述處理溶液中5分鐘進(jìn)行表面處理。
對(duì)于用本發(fā)明上述處理溶液5表面處理的試樣，用X射線衍射儀分析所形成的薄膜，結(jié)果示于圖16。
從圖16可看出，作為用處理溶液5表面處理的結(jié)果，在鑄鋁試樣表面形成了薄膜，該薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。但是，該X射線衍射圖包括所形成的薄膜的X射線衍射圖譜和構(gòu)成基底金屬(即AC8A-T6材料)的鋁和其中所含的硅的X射線衍射圖譜。
權(quán)利要求
1.一種表面處理方法，該方法包括下列步驟提供含有選自硼氟酸銨和氯化銨的銨化合物或者氨水和硅氟酸鎂的處理溶液，加熱該處理溶液至70-100℃溫度范圍，將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。
2.權(quán)利要求1的表面處理方法，其中的處理溶液每100重量份的水含有0.1-20重量份硅氟酸鎂和0.01-10重量份銨化合物或者氨水，以銨含量表示。
3.一種經(jīng)過(guò)權(quán)利要求1或2的表面處理方法表面處理的活塞。
4.一種具有鍍覆薄膜的表面的活塞，所述的薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成。
5.權(quán)利要求4的活塞，其中包括活塞環(huán)凹槽、活塞銷凸面、活塞裙、活塞頭和活塞內(nèi)表面的整個(gè)表面均用由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAlF5·2H2O的混合物組成的薄膜鍍覆。
6.權(quán)利要求4或5的活塞，其中由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成的薄膜的厚度為1-20微米。
7.一種由包括鋁或鋁合金的基體金屬制成的滑動(dòng)部件，其中該滑動(dòng)部件的整個(gè)表面或者其滑動(dòng)表面用薄膜鍍覆，所述的薄膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有立方晶體結(jié)構(gòu)，并且沒(méi)有晶體取向。
8.一種用于鋁合金的表面處理薄膜，該薄膜是在鋁或鋁合金表面形成的薄膜，該膜是由NH4MgAlF6和MgAlF5·1.5H2O的混合物或者NH4MgAlF6和MgAl2F8·2H2O的混合物組成，并且具有分散在其中的硅顆粒，分散在薄膜中的硅顆粒的含量為1-24wt％，硅在鋁合金中的含量為4-24wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種表面處理方法,該方法包括下列步驟:提供含有特定銨化合物或者氨水和硅氟酸鎂的處理溶液,加熱該處理溶液至70—100℃溫度范圍,將鋁或鋁合金浸入該處理溶液中。一種具有鍍覆薄膜的表面的活塞,所述的薄膜是由NH
文檔編號(hào)C23C22/66GK1273281SQ0010811
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月28日
發(fā)明者野村雅也, 尾崎嘉信 申請(qǐng)人:鈴木株式會(huì)社