基本信息
- 項目名稱：
- 激光重熔方法實現(xiàn)制備硼鋁鎂三元合金涂層的關鍵技術研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- BAM比聚四氟乙烯光滑，摩擦系數(shù)只有0.02。但目前制備BAM方法均不適合大規(guī)模生產，且制備方法成本高，我們采用激光快速重熔技術實現(xiàn)。利用激光熔覆技術的優(yōu)勢在于節(jié)約具有戰(zhàn)略價值且昂貴的合金元素，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的新合金、非晶態(tài)和表面涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。該技術目前已較為成熟，相關理論也有很大發(fā)展。
- 詳細介紹：
- Cook等通過脈沖激光沉積方法對比研究了室溫和573K下形成的BAM的性能差異，進一步通過將Si、TiB2、Fe3O4等摻加到BAM中改變其硬度等性能。2009年，Roberts等通過脈沖電流燒結方法制備了BAM。但以上方法均不適合大規(guī)模生產，且制備方法成本高，如何實現(xiàn)BAM的快速制備已成為該技術發(fā)展的瓶頸。 技術方面我們采用激光快速重熔技術實現(xiàn)。利用激光熔覆技術的優(yōu)勢在于節(jié)約具有戰(zhàn)略價值且昂貴的合金元素，獲得不受常規(guī)條件下的溶解度和平衡相圖所確定的相規(guī)律限制的新合金、非晶態(tài)和表面涂層，這種合金涂層具有高的耐磨性、耐蝕性和良好的電磁和熱性能。與傳統(tǒng)噴涂工藝相比，激光表面熔覆技術具有以下幾方面的優(yōu)點：(1)熔覆層組織致密，晶粒細小，具有較好的抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能；(2)熔覆層與基材呈良好的冶金結合，結合強度較高；(3)對基材的熱輸入量小，基材的熱影響區(qū)較小；(4)基材對涂層的稀釋度較??；(5)激光表面熔覆過程可精確控制，后續(xù)機械加工量??；6)可對工件進行局部熔覆處理，處理部位變形小，熔覆過程可控性好，易實現(xiàn)自動化。該技術目前已較為成熟，相關理論也有很大發(fā)展。 激光掃描合金化經過努力，我們找到了兩種制備BAM合金涂層的方法。其關鍵參數(shù)如下： 1、調和液法制備制備初樣、激光重熔制備BAM合金涂層的贅疣參數(shù)為，乙醇溶液作為調和液，真空干燥充分烘干調和液，激光加工功率未400w, 掃描速率80mm/s，光斑直徑2mm,正離焦； 2、壓片法制備初樣，激光重熔制備BAM合金涂層的贅疣參數(shù)為，壓片壓強為20Mpa,停留時間為3min,激光加工功率未200w, 掃描速率35mm/s，光斑直徑2mm,正離焦。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- (1）我們的創(chuàng)新點在于國內首次研究新材料BAM涂層，該涂層具有超硬超光滑的特性。用新興的激光重熔技術來制備BAM，尚屬首次，具有創(chuàng)新性。 2）在基本的激光重熔法制備BAM涂層的基礎上我們擬用添加稀土元素這種新方法來提高BAM的性能。 3）高溫熔融法制備BAM需要1670K以上的高溫持續(xù)30個小時，制備出的產品多為塊狀；激光重熔法是使用高能激光一次掃描而成，適于涂層的制備。 4）脈沖激光濺射沉淀法、直流電離子濺射法制備BAM需要超真空壞境，對靶材要求高，只能形成毫米級以下厚度的BAM涂層；激光重熔法只需流動He氣保護，且能制備出毫米級BAM涂層。 主要技術指標：硬度，表面粗糙度即摩擦系數(shù)，導電能力，制備成本。
科學性、先進性
- 硼鋁鎂合金(BAM)，它比聚四氟乙烯光滑，摩擦系數(shù)只有0.02。這種材料的出現(xiàn)為解決低摩擦和耐高溫的問題提供了一種全新的思路。BAM具有一個復雜的低對稱性的64原子的斜方晶系結構，在它的結構中存在空位，這與具有簡單的、高對稱性的晶體結構的超硬材料不同，主要表現(xiàn)為以下兩個方面：(1)通過添加一些像Si、TiB2等物質可以使得BAM的硬度增大，而一般的超硬材料則恰恰相反；(2) BAM具有很好的電導性。BAM的獨特性能為其的改性提供了有利的條件。該材料是國外近十年發(fā)現(xiàn)和起步研究的，而在國內尚未見研究報道。 我們通過實驗探索，運用激光重融技術，結合計算機模擬結果，探索出了最佳的參數(shù)。獲得了性能較好的樣品。
獲獎情況及鑒定結果
- 獲得西北工業(yè)大學“2010年大學生創(chuàng)新實驗項目校級一般項目”資金支持
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 有償轉讓
作品可展示的形式
- 實物
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 圖層將會提高應用涂層器件的壽命和性能，該涂層的研制對航空航天產品的應用具有重要的軍事意義，本項目在工程應用中也同樣具有深遠的影響。在鉆頭和其他切削工具外表涂一層堅硬的BAM涂層也具有非常大的應用前景，原本用于此的金剛石雖然更堅硬，但它會與鋼發(fā)生化學反應，因此會受到腐蝕，而BAM涂層更廉價且不會受到鋼的腐蝕。另外據(jù)有關文獻報道，給飛機的旋翼葉片涂一層BAM涂層，僅2微米后的涂層就可以減少葉片與外罩之間的摩擦，這意味著該涂層可以每年為國家節(jié)約12億元。
同類課題研究水平概述
- 目前，國內外研究人員利用類金剛石、cBN等超硬涂層來實現(xiàn)低摩擦系數(shù)、減阻等不粘效果，制備方法較多，主要包括濺射沉積、離子束輔助沉積、離子鍍、等離子體輔助CVD和氣相沉積等物理和化學方法。但是制備過程復雜，需要有離子的轟擊,并且制備的涂層為非晶態(tài)結構,應力非常大,與襯底的結合很差，很難在器件上進行有效的附著。研究人員綜合兩類涂層的優(yōu)點利用等離子體氣相沉積在納米金剛石上沉積立方氮化硼(cBN)薄膜涂層。這些材料雖然在實驗條件下效果很好，但是均遠低于實際的應用指標。硼鋁鎂合金(BAM)，它是美國能源部 Ames Laboratory實驗室的研究人員1999年在無意中制備得到的。 美國Cook教授等通過脈沖激光沉積方法對比研究了室溫和573K下形成的BAM的性能差異，進一步通過將Si、TiB2、Fe3O4等摻加到BAM中改變其硬度等性能。2009年，Roberts等通過脈沖電流燒結方法制備了BAM。 該項目研究背景是，該材料是國外近十年發(fā)現(xiàn)和起步研究的，而在國內尚未見研究報道。
