一種表面鋁硅合金的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁硅合金生產(chǎn)制備的技術領域，特別涉及一種表面鋁硅合金的制備方法。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)過程中，機械零件的表面最容易發(fā)生摩擦磨損，導致關鍵部件失效。通過表面改性技術在鋁合金表層制備鋁硅材料可以綜合優(yōu)良的鋁合金加工成型性和鋁硅合金耐磨性，有效改善機械構件表面抗磨損性能，大大提高其使用壽命。表面鋁硅合金中硅顆粒的形態(tài)、尺寸及分布狀況是影響其耐磨性的關鍵因素，分布不均勻的粗大硅相容易從較軟的鋁基體上脫落，使合金的耐磨性無法得到充分的發(fā)揮。因此，細化和均勻化硅相是提高該類材料性能最有效的途徑。與傳統(tǒng)表面熱加工方法相比，激光或者激光電弧復合熱源熔覆和合金化可以在所需的表層深度實現(xiàn)鋁和硅的冶金結合，同時利用激光快速加熱和冷卻的特性實現(xiàn)組織細化。但是，由于鋁硅合金微觀組織控制困難，激光合金化過程中出現(xiàn)的主要問題包括:局部硅顆粒聚集粗化、強化層中易形成裂紋、氣孔和疏松。
[0003]攪拌摩擦加工是從攪拌摩擦焊演變而來的一種材料改性和復合材料制備加工方法，其原理是利用攪拌頭所造成的加工區(qū)域材料的劇烈塑性變形和塑形金屬流動，使通過機械或者冶金方式添加的合金顆粒在鋁合金基體材料中分散，實現(xiàn)微觀組織的致密化、均勻化和細化，從而可以獲得高性能合金材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種通過脈沖激光或者脈沖激光和電弧復合熱源加工和攪拌摩擦加工制備表面鋁硅合金的方法，用于制備硅顆粒細小、分布均勻的鋁硅合金材料，并能簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品性能。
[0005]本發(fā)明解決技術問題，采用如下技術方案:
[0006]本發(fā)明表面鋁硅合金的制備方法，其特點在于包括如下步驟:
[0007](I)首先將鋁板或鋁合金板進行表面清潔處理，獲得清潔樣品；然后，將硅顆粒加入揮發(fā)性有機溶劑中，混合均勻，獲得涂漿;將涂漿涂敷在清潔樣品表面，并干燥處理，在樣品表面形成硅顆粒涂層；
[0008](2)當娃顆粒涂層厚度< 2mm時，按如下方式處理:
[0009]將脈沖激光作用于樣品硅顆粒涂層表面，激光束在表面進行逐行掃描(示意圖如圖1所示)，單個脈沖熔池之間和相鄰掃描道間相互重疊搭接形成連續(xù)熔池，使材料整個表層逐個區(qū)域熔化，然后自然冷卻，在樣品的表面形成鋁硅合金層；
[0010]當娃顆粒涂層厚度>2mm時，按如下方式處理:
[0011]將脈沖激光和電弧熱源結合作為復合熱源同時作用于樣品硅顆粒涂層表面，復合熱源在表面進行逐行掃描(示意圖如圖2所示)，單個脈沖熔池之間和相鄰掃描道間相互重疊搭接形成連續(xù)熔池，使材料整個表層逐個區(qū)域熔化，然后自然冷卻，在樣品的表面形成鋁娃合金層；
[0012](3)采用攪拌摩擦加工方法對樣品表面的鋁硅合金層進行固相機械攪拌，獲得具有細小均勻硅顆粒的致密表面鋁硅合金。
[0013]具體的加工參數(shù)為:
[0014]當硅顆粒涂層厚度<2mm時，所用脈沖激光的參數(shù)為:平均輸出功率為100?600W，脈沖頻率為10?50Hz，掃描速度為I?3mm/s，脈寬為I?5ms，焊接電流50?200A。
[0015]當硅顆粒涂層厚度>2_時，所用脈沖激光和電弧熱源的參數(shù)為:
[0016]脈沖激光:平均輸出功率300?800W，脈沖頻率為10?60Hz，掃描速度為I?5mm/s，脈寬為2?7ms，焊接電流100?250A;
[0017]電弧熱源:焊接電流10?120A，焊接電壓10?30V。
[0018]在以脈沖激光作用于樣品硅顆粒涂層表面的過程中，采用純氬氣對熔池進行保護，氣流量為3?10L/min。
[0019]單個脈沖熔池的重疊搭接率為70?80%，相鄰掃描道間的重疊搭接率為40?60%。
[0020]所述攪拌摩擦加工的步驟和參數(shù)為:將樣品固定在攪拌摩擦機床工作臺上，用模具鋼或耐熱合金加工成攪拌工具，攪拌工具在材料的鋁硅合金層的攪拌加工前進速度為20?200mm/min，攪拌工具的旋轉速度是400?1500rpm/min，針對材料的整個表層經(jīng)過I?2次逐個區(qū)域的攪拌，相鄰攪拌加工道次之間搭接量為40?50%。
[0021]與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0022]本發(fā)明充分發(fā)揮了激光或者激光電弧復合熱源表面熔敷和攪拌摩擦材料改性的各自優(yōu)點，所制備表面合金材料通過表面熔敷使得硅顆粒和鋁基體達到良好的冶金結合，再通過后續(xù)的攪拌摩擦加工消除冶金缺陷，細化組織。最終通過兩種加工方法的結合可以獲得硅顆粒均勻細小的表面鋁硅合金材料。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明以脈沖激光作用于樣品硅顆粒涂層表面的示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明以脈沖激光和電弧復合熱源同時作用于樣品硅顆粒涂層表面的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0026]實施例1:
[0027]本實施例以純鋁合金為基體材料，尺寸為10X 150mm平板，厚度6mm。
[0028](I)首先對鋁板表面進行清潔處理，去除表面污染物和氧化物;然后，將10?20μπι硅顆粒加入甲醇中，混合均勻得涂漿;將涂漿涂敷在清潔樣品表面，并在烘干箱內(nèi)低溫干燥處理，在樣品表面形成厚度為0.5_的硅顆粒涂層；
[0029](2)使用YAG脈沖激光在樣品表面進行逐行掃描，單個脈沖熔池之間和相鄰掃描道間相互重疊搭接形成連續(xù)熔池，使材料整個表層逐個區(qū)域熔化，然后自然冷卻，在樣品的表面形成鋁硅合金層；
[0030]脈沖激光的平均輸出功率為250W，脈沖頻率為30Hz，掃描速度為lmm/s，脈寬為3ms，焊接電流150A;相鄰前后熔池重疊搭接率為80%，相鄰掃描道間的重疊搭接率為60% ;在以脈沖激光作用于樣品涂層表面的過程中，采用純氬氣(99.99%Ar)對熔池保護，氣流量為5L/min。
[0031](3)采用攪拌摩擦加工方法對樣品表面的鋁硅合金層進行固相機械攪拌，即獲得表面鋁硅合金成品，具體步驟為:將樣品固定在攪拌摩擦加工設備工作臺上，采用帶有標準螺紋的攪拌頭進行攪拌摩擦加工，所用攪拌工具采用H13模具鋼制作，攪拌針長度為2.5mm，在攪拌摩擦加工過程中攪拌工具的傾斜角為2.5° ;攪拌工具旋轉速度范圍為800rpm/min，攪拌摩擦加工速度為100mm/min，壓入量0.1mm;相鄰攪拌加工道次的搭接率為40%，對整個加工區(qū)域共進行I輪完整的攪拌摩擦加工。
[0032]所得表面鋁硅合金材料層厚度約為2.5_，硅顆粒體積分數(shù)為18%，硅顆粒細小均勻，并且與鋁基體結合良好。
[0033]實施例2:
[0034]本實施例以5051變形鋁合金為基體材料，尺