一种提高金属材料耐磨性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高金属材料耐磨性能的方法，方法步骤为利用磁控溅射技术，在金属材料表面沉积一层厚度为20-30微米的纯铝层；利用微弧氧化技术，将这层纯铝层部分微弧氧化，微弧氧化膜的厚度范围为10-15微米；最后获得的以氧化铝为主的微弧氧化膜具有良好的耐磨性能。本发明的优点是：该方法制备的以氧化铝为主的微弧氧化膜与磁控溅射铝层之间以及磁控溅射铝层与基体之间结合性能优良、成本低，可适用于以铁为主要含量的金属材料和以钛为主要含量的金属材料，应用范围广，具有重要的应用价值和推广价值。
【专利说明】一种提高金属材料耐磨性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到材料科学和摩擦磨损等领域，具体涉及一种提高金属材料耐磨性能的方法。
【背景技术】
[0002]以铁为主要含量的金属材料和以钛为主要含量的金属材料硬度较低，维氏硬度一般小于1000，耐磨性差，特别是以钛为主要含量的金属材料，摩擦系数大，其耐磨性已经成为限制其广泛应用的主要原因之一。氧化铝陶瓷材料具有硬度高，维氏硬度可达1500-2000，耐磨性能优良等特点，作为耐磨涂层材料，广泛应用于金属材料的表面防护领域。目前，金属材料表面氧化铝防护涂层的制备技术主要有两种:一是采用热喷涂技术，在金属材料表面制备氧化铝涂层，但涂层厚度大、脆性高、粗糙度和孔隙率高，与基体结合性能不好；二是采用微弧氧化技术，在铝合金表面制备以氧化铝为主的防护涂层，应用比较广泛。
[0003]磁控溅射技术是目前应用最广泛的一种溅射沉积技术。它是在二极直流溅射的基础上，在祀表面附近增加一个磁场。电子由于受电场和磁场的作用，做螺旋运动，大大提高了电子的寿命，增加了电离产额，从而放电区的电离度提高，即离子和电子的密度增加，可在金属材料表面制备金属涂层、氮化物涂层、氧化物涂层等。本发明巧妙利用磁控溅射技术和微弧氧化技术，首先在金属材料表面利用磁控溅射技术沉积一层厚度为20-30微米的纯铝层，然后利用微弧氧化技术，将这层纯铝层部分微弧氧化，微弧氧化膜的厚度范围为10-15微米，获得的以氧 化铝为主的微弧氧化膜具有良好的耐磨性能。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种提高金属材料耐磨性能的方法，该方法以氧化铝为主的微弧氧化膜与磁控溅射铝层之间以及磁控溅射铝层与基体之间结合性能优良、成本低，能显著提高以铁为主要含量的金属材料和以钛为主要含量的金属材料的耐磨性能。
[0005]本发明是这样来实现的，一种提高金属材料耐磨性能的方法，其特征在于方法步骤如下:(1)利用磁控溅射技术，在金属材料表面沉积一层厚度为20-30微米的纯铝层；
(2)利用微弧氧化技术，将这层纯铝层部分微弧氧化，微弧氧化膜的厚度范围为10-15微米；(3)最后获得的以氧化铝为主的微弧氧化膜具有良好的耐磨性能。
[0006]本发明所述金属材料包括以铁为主要含量的金属材料和以钛为主要含量的金属材料。
[0007]本发明的优点是:该方法制备的以氧化铝为主的微弧氧化膜与磁控溅射铝层之间以及磁控溅射铝层与基体之间结合性能优良、成本低，可适用于以铁为主要含量的金属材料和以钛为主要含量的金属材料，应用范围广，具有重要的应用价值和推广价值。
【专利附图】
【附图说明】[0008]图1为TC4钛合金表面磁控溅射镀铝层及其微弧氧化层。
【具体实施方式】
[0009]【具体实施方式】I
钛合金表面磁控溅射镀铝后微弧氧化。首先采用沈阳北宇真空有限公司研制生产的DM-3型多功能磁控溅射系统在TC4钛合金表面镀铝，实验过程和主要参数如下:将TC4钛合金尺寸切割成30 mmX20 mmXl mm试片，磁控溅射镀铝前，TC4钛合金经过400#，800#，1200#和2000#水性砂纸打磨、倒角、抛光，在丙酮溶液中超声波清洗，吹干后待用。镀铝时真空室的真空抽至3.2X 10_2 Pa后，通入少量的氩气再加热到200 °C，本底真空的压力为3.0X10—3 Pa，作业时氩气分压0.6 Pa，铝靶纯度为99.999%，与基材的距离为16 cm，试样表面沉积的铝层的厚度控制在25-28 μ m，溅射功率500W，溅射时间为2.5 h。
[0010]然后，将TC4钛合金经过溅射镀铝的样品在直流脉冲方式下进行微弧氧化处理。将镀铝样品作为阳极，304不锈钢溶液槽作为阴极。微弧氧化溶液组成及微弧氧化主要工艺参数如下=NaSiO3.9H20: 8.0 g/L，(NaPO3)6: 6.0 g/L，NaOH: 4.0 g/L ;电流密度:5 A/dm2，溶液温度控制在60 °C以下，处理时间:60 min，微弧氧化后用去离子水清洗后吹干，微弧氧化膜的厚度约12 μ m。
[0011]硬度测试表明，钛合金磁控溅射镀铝后微弧氧化膜的平均硬度为Hvl574，摩擦系数为0.3-0.4，相同条件下的磨损量是TC4钛合金的1/3，耐磨性能显著提高。 [0012]【具体实施方式】2
A3钢表面磁控溅射镀铝后微弧氧化。首先采用沈阳北宇真空有限公司研制生产的DM-3型多功能磁控溅射系统在A3钢表面镀铝，实验过程和主要参数如下:将A3钢切割成30 mmX20 mmXl mm试片，磁控溅射镀铝前，A3钢经过400#，800#，1200#和2000#水性砂纸打磨、倒角、抛光，在丙酮溶液中超声波清洗，吹干后待用。镀铝时真空室的真空抽至3.2X10_2 Pa后，通入少量的氩气再加热到200 °C，本底真空的压力为3.0 X 10_3 Pa，作业时氩气分压0.6 Pa，铝靶纯度为99.999%，与基材的距离为16 cm，试样表面沉积的铝层的厚度控制在22-25微米，溅射功率480W，溅射时间为2 h。
[0013]然后，将A3钢经过溅射镀铝的样品在直流脉冲方式下进行微弧氧化处理。将镀铝样品作为阳极，304不锈钢溶液槽作为阴极。微弧氧化溶液组成及微弧氧化主要工艺参数如下:NaSiO3.9Η20: 6.0 g/L，(NaPO3)6: 6.5 g/L, NaOH: 4.0 g/L ;电流密度:5 A/dm2，溶液温度控制在60 °C以下，处理时间:60 min，微弧氧化后用去离子水清洗后吹干，微弧氧化膜的厚度约14微米。
[0014]硬度测试表明，A3钢磁控溅射镀铝后微弧氧化膜的平均硬度为Hvl650，摩擦系数为0.3-0.4，相同条件下的磨损量是A3钢的1/4，耐磨性能显著提高。
【权利要求】
1.一种提高金属材料耐磨性能的方法，其特征在于方法步骤如下: (1)利用磁控溅射技术，在金属材料表面沉积一层厚度为20-30微米的纯铝层； (2)利用微弧氧化技术，将这层纯铝层部分微弧氧化，微弧氧化膜的厚度范围为10-15微米。
2.按照权利要求1所述一种提高金属材料耐磨性能的方法，所述金属材料包括以铁为主要含量的金属材 料和以钛为主要含量的金属材料。
【文档编号】C25D11/04GK103981498SQ201410179004
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】冯长杰, 王春霞, 胡水莲, 吴娜梅, 袁烁, 周雅, 杜楠 申请人:南昌航空大学