鋁合金表面復合搪瓷涂層的制備與性能研究.pdf

1、鋁合金具有密度小、重量輕、易于成形加工等優(yōu)異性能，在機械、航空航天、汽車和食品等行業(yè)，可作為輕量化和節(jié)約能源的理想材料，然而其表面硬度低、耐磨性差，嚴重制約了它的應用范圍。搪瓷為一種無機玻璃瓷釉，具有耐高溫、耐腐蝕、硬度高等優(yōu)點，鋁合金表面搪瓷化可以使其既有金屬材料的強度和韌性，又有搪瓷的化學穩(wěn)定性和機械性能等優(yōu)點，取長補短，使得鋁合金表面性能得到提高。
　　本文以制備具有高硬度、抗磨、耐腐蝕等優(yōu)良綜合性能的鋁合金表面搪瓷涂層為目

2、的，選用工業(yè)上應用較廣泛的6061鋁合金作為基體，將其表面進行搪瓷化處理。對鋁合金試樣采取不同的預處理方法：陽極氧化預處理、等離子噴涂Ni/Al過渡層預處理、不做預處理；通過球磨，使瓷釉粉末達到亞微米級；以燒結溫度、保溫時間、試樣預處理作為變量，進行正交試驗，研究不同工藝參數對搪瓷層組織和性能的影響。利用激光粒度分析儀分析球磨后的釉料粒度；利用顯微硬度計和渦流測厚儀分析涂層的硬度和膜厚；通過掃描電子顯微鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡、金相顯微

3、鏡，觀察涂層的表面形貌以及基體與過渡層、過渡層與瓷層界面處的微觀形貌；通過摩擦磨損試驗、抗機械沖擊試驗和耐酸腐蝕試驗，測試搪瓷涂層的耐磨性、抗沖擊性以及耐酸性腐蝕等性能。
　　研究結果表明：以涂層硬度作為考察指標，燒結的最佳工藝為陽極氧化預處理，燒結溫度540℃，保溫時間4 min。在抗磨性、抗機械沖擊性、耐腐蝕性方面，經陽極氧化處理后的瓷層優(yōu)于Ni/Al噴涂預處理和未預處理的試樣。對比不同預處理試樣的表面形貌和截面形貌，陽極氧化

4、預處理的瓷層組織較致密，界面處結合緊密，無明顯的氣泡、微裂紋等缺陷，表面平整光潔，而Ni/Al噴涂預處理和未預處理的瓷層中存在大量氣孔、微裂紋等缺陷，表面凹凸不平，結合不牢固，界面處存在微縫。
　　本試驗采用亞微米級的釉料粉末，有效地縮短了原子擴散的距離并增加了顆粒在液相中的溶解度，同時增大了系統(tǒng)的表面能和燒結推動力，導致燒結速率增加和燒結溫度降低，達到低溫快燒的目的。陽極氧化膜層表面多孔型的結構，極大的增加了其與搪瓷層的接觸面積

5、以及釉料對過渡層的浸潤性，同時，超細熔融釉漿進入陽極氧化膜的微孔中與基體形成鋸齒狀的機械錨合，結合更加緊密。搪瓷層與陽極氧化膜的錨狀結合，以及兩者結合的復雜形狀使鋁合金能夠承受更大的沖擊力，并且瓷層能夠將受到的力轉移一部分到鋁合金基體上，從而使搪瓷層具有良好的抗機械沖擊能力。此外，陽極氧化膜可以有效地阻止鋁合金基體與堿性釉料因直接接觸發(fā)生反應放出氣體，緩解瓷層與鋁合金之間的熱膨脹系數差異，起到良好的過渡作用，消除氣泡、微裂紋等缺陷，使得