本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及一種基于納米技術(shù)在鋁表面合金化的方法，屬于金屬表面合金化技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)球磨得到的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到鋁板表面，利用氫氣氛高溫環(huán)境下均勻的滲入鋁表面以達(dá)到合金化，使得表面鐵含量達(dá)到10%~13%；從而達(dá)到通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝提高鋁板表面硬度和耐腐蝕性能的目的。經(jīng)過(guò)測(cè)試，處理后的試樣在硬度和耐蝕方面均有大幅度提高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種基于納米技術(shù)在招表面合金化的方法，屬于金屬表面合金化
技術(shù)介紹
金屬表面合金化是通過(guò)擴(kuò)散改變基體金屬表面層的成分和組織的材料保護(hù)技術(shù)。主要是在外界條件下表面生成鈍化膜或者是獲得與基體具有冶金結(jié)合的各種特殊的化合物層，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性能和抗高溫氧化性能提高，這是一種重要的提高金屬機(jī)械性能的方法。 在機(jī)械制造中主要應(yīng)用的是鋁、鉻、硅、釩、鋅等的表面合金化層或滲層。滲層是利用金屬鹵化物蒸汽與金屬表面層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)形成的，或是在液相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的。對(duì)于鋁有多種滲層。最早的是在碳素鋼或低合金鋼基體上獲得含鋁約25%、層厚約125 1000微米的覆層。這種覆層具有在大氣或爐氣中長(zhǎng)期抗800°C以?xún)?nèi)的氧化的能力，用于生產(chǎn)空氣加熱器、加熱爐和蒸汽過(guò)熱器的構(gòu)件。鋁鐵合金需要在滲劑中加熱到1080°C，經(jīng)24小時(shí)而獲得25 150微米厚的覆層。滲前若先鍍擴(kuò)散屏蔽層(如鉬)，便可以抑制或延緩基體與覆層中金屬元素間的相互擴(kuò)散。近年來(lái)利用納米技術(shù)進(jìn)行材料改性的新方法發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于納米材料的制備以及金屬表面改性。大約在20世紀(jì)90年代就有人開(kāi)始在合金表面制備Ti02、Al203和SiO2涂層，并對(duì)它們的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究，被證實(shí)具有良好的抗高溫、耐腐蝕的能力。但單一組分或雙組分的氧化物涂層具有一定的局限性，為了更好的提高涂層的性能，人們開(kāi)始嘗試制備多組分氧化物涂層，這樣會(huì)是薄膜更連續(xù)和致密，提高材料的耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性。納米科學(xué)是20世紀(jì)80年代末誕生并正在迅猛發(fā)展的前沿性、交叉性的高科技新興學(xué)科領(lǐng)域。納米尺寸的金屬顆粒由于具有小尺寸效應(yīng)、量子尺子效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊的性質(zhì)，因而具有不同于相應(yīng)塊體材料的光學(xué)、電磁學(xué)及化學(xué)性能，與常規(guī)材料相比，它在材料科學(xué)、信息科學(xué)、催化及生命科學(xué)等領(lǐng)域具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，在實(shí)際應(yīng)用和理論上都具有極大的研究?jī)r(jià)值。此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，納米粉體及納米薄膜的制備、研究及應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。基于前人的研究成果，本專(zhuān)利技術(shù)綜合了金屬涂層的表面處理技術(shù)、納米制備方法及鋼板表面合金化等熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本專(zhuān)利技術(shù)是通過(guò)機(jī)械研磨法和超聲處理等技術(shù)相結(jié)合制備納米級(jí)的鋁鐵粉，然后將其均勻噴涂覆蓋到鋁的表面，利用H2氣氛下高溫環(huán)境均勻的滲入鋁表面，使得表面鐵含量達(dá)到109Γ13%，從而達(dá)到通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝提高鋁表面硬度和耐蝕性的目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供。本專(zhuān)利技術(shù)在鋁表面合金化的方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟a.將普通冷軋鋁板的表面從粗到細(xì)進(jìn)行打磨，然后進(jìn)行機(jī)械拋光，經(jīng)無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，保證表面清潔無(wú)雜物。最后對(duì)鋁板進(jìn)行時(shí)效處理，在io(Ti5(rc，保持5 15小時(shí)，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸； b.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，球磨2(Γ30小時(shí)，將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到鋁的表面，覆蓋層厚度為20 μ πΓ75 μ m ;具體工藝參數(shù)如下； Fe : Al = I: (4 8)(質(zhì)量比)； 乙醇粉體=5 I (質(zhì)量比)； 高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速=500r/min ； 球磨時(shí)間=20 30 h ; c.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在1(T20°C/min升溫至40(T800°C，保溫時(shí)間為2飛h，然后隨爐冷卻；最終得到鋁板表面的鋁鐵合金化膜層。本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單易行。通過(guò)在鋼板表面涂覆納米級(jí)的鋁鐵粉，降低熱滲溫度，在氫氣分下，高活性鐵原子利用還原時(shí)候高溫環(huán)境均勻的滲入冷軋鋁板的表面；同時(shí)可以控制涂覆納米級(jí)鋁鐵粉厚度來(lái)達(dá)到控制表面鐵含量的目的，極大的提高鋁的表面硬度及其耐腐蝕性能。具體實(shí)施例方式本專(zhuān)利技術(shù)的具體實(shí)施敘述于下 實(shí)施例I I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°c，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，調(diào)整液固比為5:1，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨28小時(shí)。3.將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到純鋁表面，覆蓋層厚度為22 μ m。4.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至400°C，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。5.將處理后的鋁板進(jìn)行維氏硬度測(cè)試并通過(guò)塔菲爾試驗(yàn)測(cè)其腐蝕性能。實(shí)施例2 I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°C，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，調(diào)整液固比為5:1，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨28小時(shí)。3.將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到純鋁表面，覆蓋層厚度為47μπι。4.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至400°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。5.將處理后的鋁板進(jìn)行維氏硬度測(cè)試并通過(guò)塔菲爾試驗(yàn)測(cè)其腐蝕性能。實(shí)施例3I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°c，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，調(diào)整液固比為5:1，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨28小時(shí)。3.將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到純鋁表面，覆蓋層厚度為65μπι。4.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至400°C，保溫時(shí)間為6h，隨爐冷卻。5.將處理后的鋁板進(jìn)行維氏硬度測(cè)試并通過(guò)塔菲爾試驗(yàn)測(cè)其腐蝕性能。實(shí)施例4 I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°C，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，調(diào)整液固比為5:1，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨28小時(shí)。3.將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到純鋁表面，覆蓋層厚度為24 μ m。4.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至600°C，保溫時(shí)間為2h，隨爐冷卻。5.將處理后的鋁板進(jìn)行維氏硬度測(cè)試并通過(guò)塔菲爾試驗(yàn)測(cè)其腐蝕性能。實(shí)施例5 I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°C，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，調(diào)整液固比為5:1，高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為500r/min，球磨28小時(shí)。3.將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到純鋁表面，覆蓋層厚度為45μπι。4.將覆蓋納米層的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)。在氫氣氣氛下升溫速率控制在15°C /min升溫至600°C，保溫時(shí)間為4h，隨爐冷卻。5.將處理后的鋁板進(jìn)行維氏硬度測(cè)試并通過(guò)塔菲爾試驗(yàn)測(cè)其腐蝕性能。實(shí)施例6 I.首先將普通鋁表面打磨光滑，并在150°C，保持10小時(shí)進(jìn)行時(shí)效處理，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸。2.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定質(zhì)量比I :5混合均勻后放入球墨罐中本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于納米技術(shù)在鋁表面合金化的方法，其特征在于具有以下的過(guò)程和步驟：a.將普通冷軋鋁板的表面從粗到細(xì)進(jìn)行打磨，然后進(jìn)行機(jī)械拋光，經(jīng)無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，保證表面清潔無(wú)雜物；最后對(duì)鋁板進(jìn)行時(shí)效處理，在100~150℃，保持5~15小時(shí)，穩(wěn)定鋁板的組織和尺寸；b.采用機(jī)械球磨法，將工業(yè)純鐵和鋁粉按一定（質(zhì)量比）混合均勻后放入球墨罐中，加入一定量的酒精，球磨20~30小時(shí)，將球磨好的納米級(jí)鋁鐵粉涂覆到鋁板表面，覆蓋層厚度為20μm~75μm；具體工藝參數(shù)如下：Fe？:？Al？=？1:（4~8）（質(zhì)量比）；乙醇:？粉體=5？:？1（質(zhì)量比）；高能球磨機(jī)轉(zhuǎn)速=500r/min；球磨時(shí)間=？20？~？30？h；c.將覆蓋納米鋁鐵粉的鋁板置于氫氣氣氛爐內(nèi)；在氫氣氣氛下升溫速率控制在10~20℃/min升溫至400~800℃，保溫時(shí)間為2~6h，然后隨爐冷卻；最終得到鋁板表面的鋁鐵合金化膜層。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘慶東，劉慧娟，周瓊宇，郁利彬，李珂，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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