基本信息
- 项目名称：
- 激光重熔方法实现制备硼铝镁三元合金涂层的关键技术研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- BAM比聚四氟乙烯光滑，摩擦系数只有0.02。但目前制备BAM方法均不适合大规模生产，且制备方法成本高，我们采用激光快速重熔技术实现。利用激光熔覆技术的优势在于节约具有战略价值且昂贵的合金元素，获得不受常规条件下的溶解度和平衡相图所确定的相规律限制的新合金、非晶态和表面涂层，这种合金涂层具有高的耐磨性、耐蚀性和良好的电磁和热性能。该技术目前已较为成熟，相关理论也有很大发展。
- 详细介绍：
- Cook等通过脉冲激光沉积方法对比研究了室温和573K下形成的BAM的性能差异，进一步通过将Si、TiB2、Fe3O4等掺加到BAM中改变其硬度等性能。2009年，Roberts等通过脉冲电流烧结方法制备了BAM。但以上方法均不适合大规模生产，且制备方法成本高，如何实现BAM的快速制备已成为该技术发展的瓶颈。 技术方面我们采用激光快速重熔技术实现。利用激光熔覆技术的优势在于节约具有战略价值且昂贵的合金元素，获得不受常规条件下的溶解度和平衡相图所确定的相规律限制的新合金、非晶态和表面涂层，这种合金涂层具有高的耐磨性、耐蚀性和良好的电磁和热性能。与传统喷涂工艺相比，激光表面熔覆技术具有以下几方面的优点：(1)熔覆层组织致密，晶粒细小，具有较好的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能；(2)熔覆层与基材呈良好的冶金结合，结合强度较高；(3)对基材的热输入量小，基材的热影响区较小；(4)基材对涂层的稀释度较小；(5)激光表面熔覆过程可精确控制，后续机械加工量小；6)可对工件进行局部熔覆处理，处理部位变形小，熔覆过程可控性好，易实现自动化。该技术目前已较为成熟，相关理论也有很大发展。 激光扫描合金化经过努力，我们找到了两种制备BAM合金涂层的方法。其关键参数如下： 1、调和液法制备制备初样、激光重熔制备BAM合金涂层的赘疣参数为，乙醇溶液作为调和液，真空干燥充分烘干调和液，激光加工功率未400w, 扫描速率80mm/s，光斑直径2mm,正离焦； 2、压片法制备初样，激光重熔制备BAM合金涂层的赘疣参数为，压片压强为20Mpa,停留时间为3min,激光加工功率未200w, 扫描速率35mm/s，光斑直径2mm,正离焦。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- (1）我们的创新点在于国内首次研究新材料BAM涂层，该涂层具有超硬超光滑的特性。用新兴的激光重熔技术来制备BAM，尚属首次，具有创新性。 2）在基本的激光重熔法制备BAM涂层的基础上我们拟用添加稀土元素这种新方法来提高BAM的性能。 3）高温熔融法制备BAM需要1670K以上的高温持续30个小时，制备出的产品多为块状；激光重熔法是使用高能激光一次扫描而成，适于涂层的制备。 4）脉冲激光溅射沉淀法、直流电离子溅射法制备BAM需要超真空坏境，对靶材要求高，只能形成毫米级以下厚度的BAM涂层；激光重熔法只需流动He气保护，且能制备出毫米级BAM涂层。 主要技术指标：硬度，表面粗糙度即摩擦系数，导电能力，制备成本。
科学性、先进性
- 硼铝镁合金(BAM)，它比聚四氟乙烯光滑，摩擦系数只有0.02。这种材料的出现为解决低摩擦和耐高温的问题提供了一种全新的思路。BAM具有一个复杂的低对称性的64原子的斜方晶系结构，在它的结构中存在空位，这与具有简单的、高对称性的晶体结构的超硬材料不同，主要表现为以下两个方面：(1)通过添加一些像Si、TiB2等物质可以使得BAM的硬度增大，而一般的超硬材料则恰恰相反；(2) BAM具有很好的电导性。BAM的独特性能为其的改性提供了有利的条件。该材料是国外近十年发现和起步研究的，而在国内尚未见研究报道。 我们通过实验探索，运用激光重融技术，结合计算机模拟结果，探索出了最佳的参数。获得了性能较好的样品。
获奖情况及鉴定结果
- 获得西北工业大学“2010年大学生创新实验项目校级一般项目”资金支持
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 图层将会提高应用涂层器件的寿命和性能，该涂层的研制对航空航天产品的应用具有重要的军事意义，本项目在工程应用中也同样具有深远的影响。在钻头和其他切削工具外表涂一层坚硬的BAM涂层也具有非常大的应用前景，原本用于此的金刚石虽然更坚硬，但它会与钢发生化学反应，因此会受到腐蚀，而BAM涂层更廉价且不会受到钢的腐蚀。另外据有关文献报道，给飞机的旋翼叶片涂一层BAM涂层，仅2微米后的涂层就可以减少叶片与外罩之间的摩擦，这意味着该涂层可以每年为国家节约12亿元。
同类课题研究水平概述
- 目前，国内外研究人员利用类金刚石、cBN等超硬涂层来实现低摩擦系数、减阻等不粘效果，制备方法较多，主要包括溅射沉积、离子束辅助沉积、离子镀、等离子体辅助CVD和气相沉积等物理和化学方法。但是制备过程复杂，需要有离子的轰击,并且制备的涂层为非晶态结构,应力非常大,与衬底的结合很差，很难在器件上进行有效的附着。研究人员综合两类涂层的优点利用等离子体气相沉积在纳米金刚石上沉积立方氮化硼(cBN)薄膜涂层。这些材料虽然在实验条件下效果很好，但是均远低于实际的应用指标。硼铝镁合金(BAM)，它是美国能源部 Ames Laboratory实验室的研究人员1999年在无意中制备得到的。 美国Cook教授等通过脉冲激光沉积方法对比研究了室温和573K下形成的BAM的性能差异，进一步通过将Si、TiB2、Fe3O4等掺加到BAM中改变其硬度等性能。2009年，Roberts等通过脉冲电流烧结方法制备了BAM。 该项目研究背景是，该材料是国外近十年发现和起步研究的，而在国内尚未见研究报道。
