[发明专利]一种多孔隙材料的等离子喷涂直接快速制造方法

说明书

技术领域

本发明属于中、高熔点孔隙材料的制造领域，具体涉及一种多孔隙材料的等离子喷涂直接快速制造方法。

背景技术

多孔隙材料的应用是为了适应新材料在高技术领域的需要，满足提高比表面积、透气、加速反应、隔热、散热和过滤等需要而开发的一种新型结构和功能材料。较早的方法有粉末烧结制备法、液态金属发泡法和电化学气相沉积法等。粉末烧结法采用粉末压制和烧结工艺来得到带孔隙材料。液态金属发泡法采用所谓发泡技术在材料内部形成孔隙结构。电化学气相沉积法采用电解或冷凝技术来实现孔隙材料的制备。

发明专利文献CN1665057公告了一种固体氧化物燃料电池阳极基膜的制备方法，该方法通过流延制备得到素坯，在空气中进行常压烧结，在800℃下含氢气的还原气氛中常压还原，得到以NiO和YSZ复合的多孔金属陶瓷材料。发明专利文献CN1044768公开了一种制造过滤器的方法和该过滤器产品。该过滤器采用了多孔金属基质，将直径为0.2-1.0微米的金属氧化物颗粒的浆液涂到多孔金属基质上并干燥，然后加热使颗粒烧结在一起。发明专利文献CN1039073公告了一种制备可电解沉积的金属多孔层的工艺。该工艺将一支持材料浸入于含该种金属离子的电解介质中，并使该金属在有一种氧化物质存在时电解沉积于该支持材料上。该氧化物质与该金属反应而形成一种在沉积条件下可被还原的产物从而制备得到多孔金属层。上述制备方法在一些领域取得了成功应用，不过制造成本都比较高，而且制备周期较长，对于材料的选择性以及孔隙的可控性较差。上述制备方法不能制备具有梯度变化的孔隙结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔隙材料的等离子喷涂直接快速制造方法，该方法制造成本低，制备周期短，适用于各种中高熔点多孔隙材料的制备，对于均匀孔隙材料可以灵活地控制材料的孔隙率，对于梯度孔隙材料可以灵活地控制材料内部孔隙的变化。

本发明提供的多孔隙材料的等离子喷涂直接快速制造方法，其步骤包括：

(1)对喷涂基体进行预处理，其中预热温度控制在80℃到600℃；

(2)采用喷枪按照设定的扫描轨迹在基体上进行扫描，扫描线间隔为8mm到40mm，喷枪扫描速度为0.2m/s到0.6m/s，送粉量为5g/min到40g/min，喷枪与基体表面的夹角α的取值范围为10°≤α≤90。

在上述技术方案中，喷枪与基体表面的夹角α可以恒定或根据孔隙梯度要求变化。

本发明利用等离子喷涂方法，在二维和三维喷涂基面上喷涂成型。涂层厚度在0.05mm至3mm之间。以往利用等离子喷涂方法进行材料制备都是追求材料的致密性，本发明则是利用喷涂参数与喷涂成形件的孔隙率关系进行孔隙材料的制备，喷涂角度对涂层孔隙率的影响规律如图1所示。可以在成形件中形成内孔或通孔，孔隙率可以控制在4％至40％。本发明还可以制备梯度孔隙材料，在材料内部实现孔隙的梯度变化。本发明方法简单易行，控制方便精确，工艺调整灵活，材料适应性非常广泛，尤其适用于金属、合金、金属氧化物、陶瓷以及金属间化合物等中高熔点多孔材料的制备。本发明适用于多品种变批量产品的制备需求。可以快速制备诸如具有隔热、减震、过滤或大比表面积等特性的材料，因而在航空航天、生物、化工和能源等领域具有很高的应用价值。

附图说明

图1为喷涂角度对涂层孔隙率的影响规律示意图；

图2为实施例1的喷涂层截面100倍显微照片；

图3为实施例2的喷涂层截面100倍显微照片；

图4为实施例3的喷涂层截面100倍显微照片。

具体实施方式

本发明提供的多孔隙材料的等离子喷涂直接快速制造方法，其步骤包括：

(1)材料准备。将选取的待喷涂粉材进行过筛和烘干备用。同时准备好氮气或氩气作为工作气和保护气。

(2)喷涂基体预处理。喷涂基体可以是金属或陶瓷等。金属基体的准备包括喷涂基面除锈、打毛、清洗、干燥和预热过程；陶瓷基体的准备包括清洁和预热。上述预热温度控制在80℃到600℃。

(3)采用喷枪对基体进行喷涂：

固定角度喷涂：采用喷枪按照设定的扫描轨迹在基体上进行扫描，扫描线间隔为8mm到40mm，喷枪扫描速度为0.2m/s到0.6m/s，送粉量为5g/min到40g/min，根据目标孔隙率要求将喷枪与基体表面的夹角α设定为一个恒定值进行喷涂，夹角α的取值范围为：15°≤α≤90。可以得到符合目标孔隙率且孔隙均匀分布的孔隙材料。