[发明专利]铝涂层结合强度的提高方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属表面处理技术领域的方法，具体是一种铝涂层结合强度的提高方法。

背景技术

铝及铝合金材料具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，因此广泛地用于交通运输、航空航天、3℃和军事领域等。除了作为结构材料外，铝及铝合金材料的一个重要应用是作为涂层以保护基体材料，拓展基体材料的应用领域和提高基体材料的服役寿命。目前，铝涂层的主要制备方法有热喷涂(等离子喷涂和火焰喷涂等)、激光熔覆、气相沉积和电镀等。然而，铝是化学性质比较活泼的金属之一，传统的沉积方法不可避免地使铝涂层在制备过程中发生晶粒长大，相变等缺陷；或者沉积速度太慢，沉积过程耗能过高和污染环境等。

冷喷涂是建立在合理利用空气动力学原理基础上的一种新型涂层制备技术，它主要通过高压气体加速粉末粒子，粒子高速撞击基体并通过产生剧烈的塑性变形而在基体表面沉积为涂层，其中工作气体的预热温度一般小于600℃，压力为1-3.5MPa，喷涂粒子的典型尺寸为5-50μm，粒子速度为300-1200m/s。采用冷喷涂方法可以制备纯铝、铝合金、铝复合材料和铝纳米材料涂层。然而，纯铝涂层虽然具有较好的耐腐蚀性能，但其粘接强度，表面硬度都较低，限制了它的进一步应用；而在原材料铝粉中添加硬质相粒子，如氧化铝，碳化硅等陶瓷粒子虽然能够改善涂层硬度和粘接强度，但是其耐腐蚀性能随着涂层中陶瓷粒子含量的增加逐渐降低。同时，涂层中含量过高的陶瓷相粒子也会破坏涂层和基体界面，降低涂层和基体在界面处的结合强度。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101058881A记载了一种“金属间化合物涂层的制备方法”，该发明采用机械合金化方法制备原材料粉末，随后用冷喷涂的方法在基体上沉积Al/Ni和Al/Ti等涂层并在300-1200℃下热处理，涂层中的合金元素在高温下扩散，形成金属间化合物涂层。值得注意的是该现有技术中需要使用高温热处理，虽然可以在一定程度上提高涂层的结合强度，但是高温扩散处理不可避免地会对基体金属产生热影响。另外，铝镁中间化合物涂层也不能采用该技术制备，因为镁粉的性质极为活泼，不适合作为冷喷涂原材料。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铝涂层结合强度的提高方法，使用冷喷涂方法沉积金属间化合物粉末和铝粉末的混合粉末，提高铝涂层结合强度的同时，不会恶化铝涂层的其它机械性能和化学性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过将铝粉和Mg₁₇Al₁₂球形粉末机械混合，并将混合后的粉体冷喷涂于基体表面。

所述的铝粉为质量分数大于99％且经过筛分取粒子直径小于45μm的铝粉粒子；

所述的Mg₁₇Al₁₂球形粉末的平均粒子直径为58μm。

所述的机械混合的比例为原子比为25∶75～75∶25。

所述的基体表面经丙酮清洗并干燥。

所述的基体为T6态的Al6061铝合金或铸态的AZ91D镁合金。

所述的冷喷涂是指：采用氦气作为工作气体和粒子载气，工作气体在喷枪入口处的压力和温度分别为0.98MPa和300℃，载气的压力为1.04MPa，温度为室温；送粉速率控制在15g/min左右，喷枪的出口到基体表面的距离为10-15mm且基体相对于喷枪的移动速度为1-3mm/s。

本发明涉及上述方法得到的涂层，单道次沉积其厚度可达2369±46μm，孔隙率低于0.2％，Mg₁₇Al₁₂在涂层中的含量为4.6±2.8％，涂层硬度为56.8±4.2(Hv100g)，涂层的粘接强度为27.9±3.6MPa(根据EN15340标准)。

同现有工艺相比较，本发明的优点为：

(1)金属间化合物的主要成分为铝和镁，镁是铝合金中的一种重要的合金元素；同时该化合物的熔点低于660℃，因此该金属间化合物作为一种硬质相粒子加入到原材料铝粉末中，不会影响铝的易回收性能。

(2)该金属间化合物为球形，硬度较高，不易变形，在沉积过程中大部分球形粒子从涂层表面反弹，因此它在铝涂层中的含量很低，不会影响涂层与基体在界面处的结合。该方法提高铝涂层结合强度的同时，对铝涂层的化学性能，尤其是耐腐蚀性能几乎没有影响。

(3)得到的铝涂层更加致密，由于硬质相粒子的夯实作用，铝粒子之间几乎没有孔隙，得到的涂层不仅致密度高，而且铝粒子的沉积效率也有所改善，单道次得到的涂层厚度也有所提高。