[发明专利]一种渗透镀制备功能梯度复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备功能梯度复合涂层的方法，尤其涉及一种渗透镀制备功能梯度复合涂层的方法。

背景技术

复合涂层，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在基材表面沉积具有全新性能的涂层。由于组成复合涂层的各种材料在性能上互相补充与协调，使复合涂层的综合性能优于原组成材料，可以满足各种不同的工况要求。因此，复合涂层在航空航天、机械制造、冶金、化工与电力等易磨损与易腐蚀的关键零部件的表面强化与修复领域具有广阔的应用前景。

目前，制备复合涂层的方法主要有电镀、火焰喷涂、电弧焊与激光熔覆等。其中，电镀虽然工艺成熟、操作方便，但是强化相颗粒在涂层内分布不均匀且含量偏低，与基体的结合力较差，易剥落。火焰喷涂加热时间长，导致强化相颗粒烧损严重，耐磨性能较低，而且表面粗糙，孔隙率高。电弧焊的热源输入功率较大，不但使强化相颗粒发生大量的烧损，导致涂层的硬度与耐磨性降低，而且易使涂层的稀释率与基材的热影响区变大，导致基材发生严重的变形。激光具有能量密度高的优点，采用激光熔覆可以制备与基材呈冶金结合的复合涂层。但是，激光熔覆快速加热与快速凝固的特点，使制备的复合涂层易产生裂纹。

基于此，在设定的距离内通过连续地或不间断地改变材料的成分和组织结构而形成具有成分梯度、结构梯度或功能梯度的不均匀体，从而消除连续两层间的界面，将复合涂层内的热应力降低到最小程度，从而获得无气孔与无裂纹以及满足构件对各部分材料的不同要求的功能材料受到了研究者的广泛关注。但是，将滤膜技术引入工艺成熟、操作方便、成本低廉的电镀或化学镀技术中，形成一种全新的工艺“渗透镀”来制备强化相颗粒沿涂层厚度方向呈梯度分布的功能梯度复合涂层还未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗透镀制备功能梯度复合涂层的方法，采用该方法制备的复合涂层具有化学成分、组织结构以及力学性能、高温性能沿涂层厚度方向呈梯度连续变化的特点，克服了传统电镀、化学镀复合涂层内强化相含量低、分布不均匀以及与基体结合力低的缺点，消除了复合涂层内连续两层间的界面应力，避免了基体和强化相热膨胀系数不匹配而产生的热应力，从而获得无气孔、无裂纹以及综合性能优异的复合涂层。

本发明是这样来实现的，其特征是方法步骤为：

（1）对基材表面进行前处理，主要包括以下工艺：喷砂或抛光、除油、浸蚀与弱浸蚀，若基材为铝合金或镁合金时，还需进行闪镀铜或预镀中性镍；基材可以为黑色金属及合金、有色金属及合金，若基材为铝合金或镁合金时，还需进行闪镀铜或预镀中性镍；

（2）采用喷涂或滚涂的方法使强化相颗粒在渗透膜表面的分布密度增加0~90%，然后将渗透膜放置在基材表面，其中强化相颗粒可以为氧化物如ZrO₂与Al₂O₃，碳化物如SiC、WC与TiC，硼化物如TiB₂与CrB₂，硅化物如MoSi₂与FeSi，金属间化合物如Fe₃Al、Ni₃Al与Ti₃Al，以及金刚石、碳纳米管等；

（3）将基材放置于配制好镀液的镀槽中进行渗透镀，其中配制好的镀液可以为电镀镍液、电镀铬液与电镀铜液或化学镀镍液、化学镀铬液与化学镀铜液；

（4）当渗透镀完一层之后，去除渗透膜，检测涂层的厚度是否达到预期的厚度要求，如果没有，重复步骤（2）－（3），直到涂层达到所要求的厚度；否则，工作结束。

所述的强化相颗粒呈梯度分布于电镀层或化学镀层内，并沿涂层厚度方向呈0~90 vol.%分布。

在进行所述的步骤（2）时，通过调节喷涂气压或滚涂速度，使强化相颗粒在渗透膜表面的分布密度增加0~90%，且强化相颗粒位于渗透膜与基材或涂层表面之间。

在进行所述的步骤（2）时，渗透膜材质可采用有机膜如纤维素与聚酰胺等，也可采用无机膜如ZrO₂、Al₂O₃与TiO₂等陶瓷膜；渗透膜结构可采用管式、板框式和卷式；渗透膜孔径为5nm~50                                               m，强化相颗粒粒径为8nm~70m。