一种铝合金表面镍基合金层强化方法

课题来源与背景： 铝合金以其密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高、导热导电性好、耐蚀性及成型性好等优异性能，在航空航天、汽车、家电、先进制造、电力电气等领域得到了广泛的应用。然而，铝合金也存在硬度相对较低、摩擦系数较高以及耐磨性差、接触面难以润滑所导致的容易磨损划伤的缺点，这些缺点在一定程度上限制了其使用范围。

近年来，人们广泛关注利用铝合金表面陶瓷化技术来改进铝合金表面的性质。这项技术能有效提升铝合金表面的耐磨性能和抵抗损伤划伤的能力，并可以不同程度地改善铝合金表面的性能状况。该技术包括稀土转化膜、等离子微弧氧化、离子注入、气相沉积、电镀、阳极氧化、激光表面强化等多种方法。

其中，稀土转化膜、等离子微弧氧化、离子注入等方法虽然能改善铝合金表面的耐腐蚀和耐磨性能，但所获得的强化层较薄（仅有几百个微米），其强化层与基体之间属机械结合界面或扩散结合界面，结合强度不高，因此耐磨性仍不高，还容易产生开裂、脱落等情况。

而阳极氧化法虽然工艺简单，但在铝基复合材料上不能形成连续的氧化膜，对基体不能起到有效的防腐作用，且生产中产生的铬酸盐毒性很大，对环境容易产生严重污染并危害人们的健康。

在上述几种强化方法中，激光表面强化法是使铝合金获得较高表面硬度和优良耐腐蚀耐磨损性能的有效方法之一。该方法高效、无污染，具有较好的应用前景。但在现有技术中，铝合金表面激光处理法主要是在铝合金表面熔覆铜基、镍基及铁基合金或复合材料，虽然这可以大幅提高铝合金表面的耐磨耐腐蚀性能，但在一些重要和关键领域，这种铝合金熔覆层的性质，特别是硬度和耐磨性能，仍不能满足工艺和使用要求。

为进一步提高这种铝合金表面熔覆涂层的性能，一些科研单位和部门采取在熔覆涂层中加入某些稀土元素使涂覆层合金化的做法。试验表明，这种方法对提高铝合金的表面硬度及表面耐磨耐蚀性能有显著效果，并成为增强铝合金表面激光熔覆涂层性能的重要方法之一。

技术原理及性能指标： 该方法将一定比例的稀土La和Ce掺入镍基合金粉末中，利用这些稀土元素的特殊性质来提高镍基合金的性能。通过激光表面熔覆技术，铝合金表面可获得呈冶金结合的高硬度和高耐磨耐腐蚀性的镍基合金层。

技术的创造性与先进性： 该方法采用激光表面熔覆技术，将一定比例的稀土La和Ce掺入镍基合金粉末中，能使铝合金表面获得呈冶金结合的高硬度和高耐磨耐腐蚀性的镍基合金层，硬度可达1350HV，耐磨性和耐腐蚀性能较现有技术分别提高一倍。这对拓展铝合金的应用范围，扩大铝合金在尖端领域的应用将有重要作用。

技术的成熟程度、适用范围和安全性： 该技术已基本成熟，适用于所有系列铝合金材料。

应用情况及存在的问题： 因资金问题造成应用方面的研究不足，主要存在针对复杂零件的处理不均匀问题。

历年获奖情况： 无。

课题来源与背景：铝合金具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高、导热导电性好、耐蚀性及成型性好等诸多优异性能，因此在航空航天、汽车、家电、先进制造、电力电气等众多领域的应用十分广泛，但就铝合金的性质而言也存在硬度相对较低、摩擦系数较高及由于耐磨性差、接触面难以润滑所导致容易磨损划伤的缺点，这在一定程度上限制了铝合金的使用范围。近年来，用铝合金表面陶瓷化技术来改进铝合金表面性质倍受人们关注，该技术能有效增强铝合金表面的耐磨性能和抵抗损伤划伤的能力，可不同程度地改善铝合金的表面的性能状况。该技术有多种方法，常用的有稀土转化膜、等离子微弧氧化、离子注入、气相沉积、电镀、阳极氧化、激光表面强化等。前几种方法虽能改善铝合金表面的耐腐蚀和耐磨性能，但所获得的强化层较薄(仅有几百个微米)，其强化层与基体之间属机械结合界面或扩散结合界面，结合强度不高，因此耐磨性仍不高，还容易产生开裂、脱落等情况。而使用较多的阳极氧化法虽然工艺简单，但在铝基复合材料上不能形成连续的氧化膜，对基体不能起到有效的防腐作用，且生产中所产生的铬酸盐毒性很大，对环境容易产生严重污染并危害人们的健康。在上述的几种强化方法中，激光表面强化法是使铝合金获得较高的表面硬度和优良的耐腐蚀耐磨损性能的有效方法之一，且该方法还具有高效、无污染的特点，是有较好应用前景的方法之一，但在现有技术中，铝合金表面激光处理法主要是在铝合金表面熔覆铜基、镍基及铁基合金或复合材料，这虽然可大幅提高铝合金表面耐磨耐腐蚀性能，但在一些重要和关键领域，这种铝合金熔覆层的性质，特别是它的硬度和耐磨性能仍不能满足工艺和使用要求。为进一步提高这种铝合金表面熔覆涂层的性能，一些科研单位和部门采取在熔覆涂层中加入某些稀土元素使涂覆层合金化的做法，试验表明，其对提高铝合金的表面硬度及表面耐磨耐蚀性能有很显著的效果，并成为增强铝合金表面激光熔覆涂层性能的重要方法之一。技术原理及性能指标：该方法将一定比例的稀土La和Ce掺入镍基合金粉末中，利用这些稀土元素的特殊性质来提高镍基合金的性能，并通过激光表面熔覆技术，使铝合金表面获得呈冶金结合的高硬度和高耐磨耐腐蚀性的镍基合金层。技术的创造性与先进性：该方法采用激光表面熔覆技术，将一定比例的稀土La和Ce掺入镍基合金粉末中，能使铝合金表面获得呈冶金结合的高硬度和高耐磨耐腐蚀性的镍基合金层，硬度可达1350HV，耐磨性和耐腐蚀性能，较现有技术分别提高一倍。这对拓展铝合金的应用范围，扩大铝合金在尖端领域的应用将有重要作用。技术的成熟程度，适用范围和安全性：该技术已基本成熟，适用于所有系列铝合金材料。应用情况及存在的问题：因资金问题造成应用方面的研究不足，主要存在针对复杂零件的处理不均匀。历年获奖情况：无。