一种提高时效硬化铝合金耐磨性能的处理方法

摘要

本发明属于铝合金热处理技术领域，提供了一种提高时效硬化铝合金耐磨性的处理方法，首先在略低于合金强化相溶解度线的温度进行固溶处理，在高温固溶体基体上形成一定尺寸和数量的残留强化相分布；随后进行淬火，获得过饱和固溶体；再进行腐蚀处理，围绕残留强化相发生溶解形成腐蚀坑，形成的腐蚀坑能起到储存润滑油的作用，以改善摩擦副接触面的润滑效果；最后进行峰时效处理，提高合金强度。该发明能够实现在较高强度基础上，进一步提高时效硬化铝合金的耐磨性和使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金热处理技术领域，尤其涉及一种提高时效硬化型铝合金耐磨性能的处理方法。

背景技术

时效硬化型铝合金具有密度低、强度高、耐蚀性高、成型性能优良等特点，在耐磨性要求较高的气动零部件制造领域有广泛应用，例如气缸、气动管等。当摩擦副发生相对运动时，如果接触面粗糙度较大，实质发生的是表面微突起之间的摩擦，微突起之间极小的接触面积产生极高的接触应力，因而导致快速磨损；降低接触面粗糙度有利于增大实际接触面积、降低接触应力，提高耐磨性，但是，如果接触面粗糙度很小，配合间隙过于紧密而难以有效存储润滑油，造成润滑性能不良，容易发生干摩擦，也会导致快速磨损。当磨损量达到一定程度时，便会造成零部件失效。

为了提高铝合金零部件的耐磨性能和使用寿命，可以采用电镀硬铬方法，但是该方法存在成本较高，镀层结合强度低、废液处理困难等缺点，该方法已经逐渐被淘汰；目前常用方法是采用硬质阳极氧化方法，与电镀硬铬工艺相比，材料表面硬度高、耐磨好、使用寿命长。上述二种方法都是通过提高材料表面硬度来提高摩擦副接触面的耐磨性，但这二种方法均需在铝合金零部件生产过程中增加更多工序，导致生产成本显著增加。

发明内容

为了进一步提高时效硬化铝合金零部件的耐磨性和使用寿命，本发明考虑到摩擦副接触面的润滑效果会对耐磨性能产生影响，因此，通过在降低接触面粗糙度的基础上进一步改善润滑性能，从而提高时效硬化铝合金零部件的耐磨性能。

本发明采用的具体方法是：首先在略低于铝合金强化相溶解度线的温度进行固溶处理，在高温固溶体基体上形成一定尺寸和数量的残留强化相分布；随后进行淬火，获得过饱和固溶体；再进行腐蚀处理，使残留强化相发生溶解形成腐蚀坑，形成的腐蚀坑起到了储存润滑油的作用，可以改善摩擦副接触面的润滑效果，从而提高了时效硬化铝合金的耐磨性和使用寿命；最后进行峰时效处理，提高合金强度。

提高时效硬化铝合金耐磨性能的处理方法的具体步骤如下：

(1)、近溶解度线固溶处理。将固溶处理温度控制在略低于强化相溶解度线。在此温度下，铝合金中大部分强化相溶解进入基体中形成高温固溶体，而残留的强化相也达到相应的热力学稳定的粒径，从而形成了高温固溶体上分布着一定粒径的强化相粒子的微观组织特征。通常，固溶处理温度选择低于强化相溶解度线10-30℃，温度太低，会导致残留强化相数量太多，使得合金强度过低；温度过高，残留强化相形成的腐蚀坑太少，进而润滑效果降低；固溶处理的保温时间一般选择在0.5-4h。

(2)、淬火处理。淬火采用快速冷却方法，使近溶解度线固溶处理获得的高温固溶体冻结至室温，形成过饱和固溶体，为时效提供组织准备。通常，淬火方式采用水淬。

(3)、腐蚀处理。腐蚀处理的目的是使残留强化相发生溶解，形成一定直径的腐蚀坑。通常采用在含氯离子的酸性溶液中进行浸泡一定时间的方法进行腐蚀处理。例如，可以选择氯化钠+盐酸的混合水溶液，浸泡时间一般选择在0.5-2h。当盐酸浓度较高时，浸泡时间较短；反之，盐酸浓度较低时，浸泡时间适当延长。

(4)、时效处理。时效处理是将腐蚀处理后的合金加热至较高温度并保温一段时间，使过饱和固溶体析出强化相，从而获得较高的强度。时效处理采用峰值时效，时效温度一般选择在160-220℃，保温时间选择相应温度下达到峰值硬度所需时间。

本发明选用的铝合金为6061铝合金挤压棒材，其化学成分为Cu 0.19，Mn 0.12，Mg1，Zn 0.1，Cr 0.15，Ti 0.08，Si 0.65，Fe 0.5，余量为Al(质量百分数)。采用Netzsch DSC404F1型差示扫描量热仪测定该合金的溶解度线约为535℃。

有益效果：本发明的优点在于：将固溶处理温度控制在略低于强化相溶解度线进行固溶处理，水淬后通过腐蚀处理使残留强化相发生溶解，在铝合金表面形成腐蚀坑，起到储存润滑油的作用，因而能够明显改善摩擦副接触面的润滑效果，从而进一步提高了时效硬化铝合金的耐磨性和使用寿命。

此外，本发明的处理方法与电镀硬铬或硬质阳极氧化等工艺相比，采用的固溶处理、淬火及时效处理属于时效硬化型铝合金的基本工序，因而，能够很好地融入到铝合金零部件生产过程中，不需增加额外工序。

附图说明

图1为本发明技术路线示意图；

图2为实施例1处理后的铝合金的表面形貌；

图3为对比实施例1处理后的铝合金的表面形貌；

图4为对比实施例2处理后的铝合金的表面形貌；

具体实施方式

本发明下面结合实施例作进一步详述：

测试方法：

采用HV-1000型显微硬度计进行硬度测试，加载0.5kg，保荷时间为15s；

采用JSM-6010LA型扫面电子显微镜观察表面形貌；

采用MMW-1型万能摩擦磨损试验机进行往复式磨损试验，对偶材料为淬火GCr15，一次性油润滑，试验时间72h；

采用失重法表征耐磨性能。

实施例1

将6061铝合金经525℃，保温1h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(30g氯化钠+10mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡1h进行腐蚀处理，清洗后进行170℃/8h时效处理。

经测试：处理后的合金硬度为118HV。

表面形貌如图2所示，从图2可以看出，合金表面分布着许多直径为5-20μm的腐蚀坑。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.3mg/g。

实施例2

将6061铝合金经515℃，保温4h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(20g氯化钠+5mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡2h进行腐蚀处理，清洗后进行220℃/1h时效处理。

经测试：处理后的合金硬度为115HV。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.7mg/g。

实施例3

将6061铝合金经525℃，保温1h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(30g氯化钠+30mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡0.5h进行腐蚀处理，清洗后进行160℃/12h时效处理。

经测试：处理后的合金硬度为117HV。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.3mg/g。

实施例4

将6061铝合金经505℃，保温4h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(20g氯化钠+10mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡1h进行腐蚀处理，清洗后进行210℃/2h时效处理。

经测试，处理后的合金硬度为113HV。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.3mg/g。

实施例5

将6061铝合金经515℃，保温0.5h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(20g氯化钠+5mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡2h进行腐蚀处理，清洗后进行190℃/6h时效处理。

经测试，处理后的合金硬度为113HV。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.5mg/g。

实施例6

将6061铝合金经505℃，保温2h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(10g氯化钠+30mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡0.5h进行腐蚀处理，清洗后进行200℃/4h时效处理。

经测试，处理后的合金硬度为114HV。

磨损试验表明，合金磨损速率为0.6mg/g。

对比实施例1

将6061铝合金经560℃，保温1h进行固溶处理和室温水淬后，在浓度为(30g氯化钠+10mL盐酸)/L混合水溶液中浸泡1h进行腐蚀处理，清洗后进行170℃/8h峰值时效处理。

经测试，处理后的合金硬度为120HV。

表面形貌如图3所示，从图3可以看出，合金表面相对光滑，偶有围绕结晶相粒子形成的腐蚀坑。

磨损试验结果表明，合金磨损速率为22mg/g。

对比实施例2

将6061铝合金经525℃，保温1h进行固溶处理和室温水淬后，进行170℃/8h时效处理。

经测试：处理后的合金硬度为118HV。

表面形貌如图4所示，从图4可以看出，合金表面分布着许多直径为5-20μm的残留强化相，合金表面光滑，因未经腐蚀处理，几乎没有腐蚀坑。

磨损试验表明，合金磨损速率为25mg/g。

从实施例和对比实施例可以看出：将固溶处理温度控制在略低于强化相溶解度线进行固溶处理，水淬后再进行腐蚀处理大大提高了时效硬化铝合金的耐磨性；固溶处理温度过高，或没有进行腐蚀处理合金的耐磨性均较差。