[发明专利]一种基于热处理铝合金粉末的冷喷涂涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种基于热处理铝合金粉末的冷喷涂涂层制备方法，旨在解决常规冷喷涂条件下沉积率低、喷涂件强度高而韧性低的难题，拓宽冷喷涂技术的使用范围与应用价值。具体采用气雾化法制备铝合金粉末，利用旋转热处理炉对铝合金粉末进行热处理，将热处理后的粉末进行冷喷涂成形，获得冷喷涂制件。经本发明提供的热处理方法制备的冷喷涂件强度以及塑性均可获得明显的提升，抗拉强度最大可提升48.6％，延伸率最高可提升114％。

技术领域

本发明属于冷喷涂涂层技术领域，具体涉及一种基于热处理铝合金粉末的冷喷涂涂层制备方法。

背景技术

飞机等航空装备使用了大量铝、镁合金制造的零件，长期使用过程中易产生疲劳裂纹与应力腐蚀等现象，需定期进行维修。在航空装备大修时，由于铝、镁合金可焊性差、焊接热输入大等原因给设备维修带来极大困难。热喷涂修复技术由于涂层孔隙率高、耐腐蚀和抗氧化性能差，容易造成基体的热损伤，不适于铝、镁合金的维修。

冷喷涂(Cold Spraying)技术是利用固态颗粒在高速冲击下经剧烈塑性变形沉积形成涂层，喷涂材料颗粒的微结构、粒子尺寸、表面氧化状态等对涂层力学性能和沉积效率均有重要影响。作为一种新型表面增材修理技术，具有操作简便、安全无热辐射、工艺过程简单、准备时间短、喷涂效率高等特点；同时，喷涂基体表面温度低(～150℃)，可避免传统焊接、热喷涂等修理技术导致零部件变形、晶粒长大、涂层氧化等缺陷，是航空装备修复技术的理想选择。但冷喷涂也存在一定的局限性，在喷涂过程中粉末在强烈的撞击下会经历剧烈的塑性变形，相当于经历了复杂的加工硬化，导致涂层存在强度高但塑性差的特点，常伴随有脆性断裂倾向，严重制约其应用范围。因此，要求冷喷涂原材料粉末颗粒在保证强度的同时还必须具有一定的塑性。

为克服上述缺陷，部分研究人员将冷喷涂后的涂层进行热处理以提高其韧性，虽然可以改善涂层的力学性能，但受限于航空零部件的特殊要求，即基体表面加热温度不能超过～150℃限制，极大地制约了后续热处理方法的应用。而且在传统冷喷涂过程中，使用的球形粉末原料一般均采用直接气雾化粉末，该粉末经非平衡快速凝固，粉末内部存在有大量枝晶，塑性较差。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明为调控合金粉末的塑性，提升粉末沉积效率，以及降低涂层孔隙等缺陷，通过采用粉末预热处理与冷喷涂气体加热特性相结合的方法，实现在冷喷过程中涂层动态再结晶，解决涂层强韧性相互制约的难题。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种基于热处理铝合金粉末的冷喷涂涂层制备方法，包括以下步骤：

1)采用气雾化法制备铝合金粉末；

2)利用旋转热处理炉对铝合金粉末进行热处理；

3)将热处理后的粉末进行冷喷涂成形，获得冷喷涂制件。

进一步的，所述的铝合金为可热处理析出强化型7000、6000、2000系合金粉末，其典型代表分别为7075、6061、2024铝合金粉末，粒度小于等于3μm粉末比例小于等于5％，粉末粒度3μm-60μm的粉末比例大于等于90％，粉末粒度大于等于60μm的粉末比例小于等于5％。

优选的，所述的铝合金粉末累积粒度分布D10≤6μm，D50≤23μm，D90≤50μm。

冷喷涂过程中粉末颗粒和基材的碰撞结合主要取决于粒子的动能。在相同喷涂条件下，粒径小于等于3μm的粉末初始动能较大，但由于本身质量小，在喷涂过程中易受气流干扰，导致难以沉积在基板上。此外，小颗粒粉末比表面积较大，在高温气流下表面易氧化，进一步降低了沉积效率。另一方面，粉末粒度大于等于60μm的粉末由于质量大，初始动能低，与基板碰撞产生的塑性变形小，沉积率低。