[发明专利]一种高致密还原性金属涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程领域，涉及冷气动力喷涂技术和超音速颗粒轰击微锻技术，尤其涉及一种高致密还原性金属涂层的制备方法。

背景技术

冷气动力喷涂技术是一项全新的金属沉积技术，其原理是利用高压气体携带金属或合金微粒通过特殊喷嘴加至超音速以上，高速飞行的金属或合金微粒撞击在基板表面，通过微粒和基板的双重强烈塑性变形实现粘接，形成涂层。冷气动力喷涂的优势在于金属或合金微粒在温度低于喷涂材料熔点的固态下沉积形成涂层，对粉末颗粒热影响小，制备的涂层性质基本上与原料性质相同。目前的研究表明冷气动力喷涂技术可以实现包括金属Al、Cu、Ni、Zn、NiCr等金属或合金的沉积，其最大的特点是可以喷涂易于氧化的还原性金属，例如Cu及其合金，在冶金工具修复领域具有广阔的应用前景。

中国专利，专利公开号CN1781644，专利名称“薄带连铸结晶辊修复方法”，提供了一种结晶辊表面修复及表面再生技术。采用冷气动力喷涂的方法，利用压缩气体携带金属颗粒以足够高的速度撞击结晶辊的表面，金属颗粒产生足够的变形而发生粘结，再生形成结晶辊特定几何形状的外表面。

中国专利，专利公开号CN1782128，专利名称“利用冷喷涂得超合金修补”，提供了一种用于修补由超合金材料形成的部件的方法，采用冷气动力喷涂技术将超合金材料沉积到部件表面上，并由此覆盖缺陷。

中国专利，专利公开号CN1781623，专利名称“连铸结晶制造方法”提供了一种连铸结晶辊制造方法，首先在结晶辊的辊芯上沿辊芯轴向开进、出水孔，在辊芯壁上开有导水孔，分别连通进、出水孔及辊芯外表面；在结晶辊的辊芯外表面上安装金属管，分别通过辊芯壁上的导水孔与进、出水孔连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却系统；采用冷气动力喷涂，以大于1.0MPa压力气体驱动金属颗粒以高速撞击结晶辊辊芯外表面，金属颗粒发生足够的变形而粘结在结晶辊辊芯表面和冷却回路外表面上，填充孔隙，进而形成足够的涂层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套，完成结晶辊的制造。

中国专利，专利公开号CN1781643，专利名称“结晶器铜板修复方法”，提供了一种结晶器铜板修复方法，采用气动力喷涂的方法，用高压压缩气体驱动微小金属颗粒以足够高的速度撞击结晶器需要修复的表面，微小颗粒发生足够的塑性变形而粘结在结晶器的表面上形成新的表面，填充裂缝或磨损凹槽等。

中国专利，专利公开号CN2754775，专利名称“薄带连铸结晶辊”，提供了一种薄带连铸结晶辊，结晶辊辊套采用冷气动力喷涂沉积金属形成。

然而，常规冷气动力喷涂涂层往往存在大量的气孔和因颗粒变形不充分形成的缺陷，涂层致密度低，只能达到85％-95％之间，并且金属涂层中的密闭气孔或缺陷内会储存一定量的高压气，在后续热处理过程中易膨胀长大，形成较大的缺陷，会大大降低涂层的导电、导热、耐蚀性能和强度、硬度及耐磨性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高致密度还原性金属涂层的制备方法，工艺简单，容易实施，流程短，效率高，适应范围广，且微锻颗粒轰击锻造与冷气动力喷涂涂层可同时在线进行，不需要额外特殊装备，制备过程中只需使用不同种类的喷涂颗粒，即能够在工件整个表面或局部表面获得高致密度金属涂层，涂层的致密度达到99％以上，远高于传统冷气动力喷涂法沉积的涂层。

本发明的目的是这样实现的：一种高致密还原性金属涂层的制备方法，包含以下步骤：

步骤1：清理基体表面，可以采用机械加工方法，如磨光、抛光，也可以采用化学方法，如酸洗，得到干燥光滑表面；

步骤2：对所得的干燥光滑表面进行毛化处理，得到有一定粗糙度的新鲜表面的工件，粗糙度范围为Ra0.1～Ra10；

步骤3：通过喷涂枪加速驱动气体和金属颗粒形成的气固双相流撞击所得的工件表面，得到低致密度涂层；

步骤4：通过轰击枪加速驱动气体和微锻颗粒形成的气固双相流轰击工件表面，得到高致密涂层。

优选地，所述步骤2的最佳粗糙度范围为Ra1.0～Ra5.0。

在上述步骤中，步骤3中的金属颗粒可以是铝及铝合金、锌及锌合金、锡及锡合金、铜及铜合金、镍及镍合金、铬及铬合金、钛及钛合金、铁及铁合金、钴及钴合金中的一种或两种以上合金的混合微粒。金属颗粒可以是球形，也可以是近似球形的其它形状。

微粒的粒径范围为1～100μm，最佳粒径范围为5～30μm，驱动气体温度范围为25～800℃，驱动气体压力范围为1～5MPa，单层沉积厚度范围为10～500μm，最佳单层沉积厚度范围为80～200μm。