[發明專利]一種高致密還原性金屬涂層的制備方法

無效

• 申請號: 200910197655.1
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN102041500A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 梁永立;張俊寶;張宇軍;史弼
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所 31228
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明屬于表面工程領域，涉及冷氣動力噴涂技術和超音速顆粒轟擊微鍛技術，尤其涉及一種高致密還原性金屬涂層的制備方法。

背景技術

冷氣動力噴涂技術是一項全新的金屬沉積技術，其原理是利用高壓氣體攜帶金屬或合金微粒通過特殊噴嘴加至超音速以上，高速飛行的金屬或合金微粒撞擊在基板表面，通過微粒和基板的雙重強烈塑性變形實現粘接，形成涂層。冷氣動力噴涂的優勢在于金屬或合金微粒在溫度低于噴涂材料熔點的固態下沉積形成涂層，對粉末顆粒熱影響小，制備的涂層性質基本上與原料性質相同。目前的研究表明冷氣動力噴涂技術可以實現包括金屬Al、Cu、Ni、Zn、NiCr等金屬或合金的沉積，其最大的特點是可以噴涂易于氧化的還原性金屬，例如Cu及其合金，在冶金工具修復領域具有廣闊的應用前景。

中國專利，專利公開號CN1781644，專利名稱“薄帶連鑄結晶輥修復方法”，提供了一種結晶輥表面修復及表面再生技術。采用冷氣動力噴涂的方法，利用壓縮氣體攜帶金屬顆粒以足夠高的速度撞擊結晶輥的表面，金屬顆粒產生足夠的變形而發生粘結，再生形成結晶輥特定幾何形狀的外表面。

中國專利，專利公開號CN1782128，專利名稱“利用冷噴涂得超合金修補”，提供了一種用于修補由超合金材料形成的部件的方法，采用冷氣動力噴涂技術將超合金材料沉積到部件表面上，并由此覆蓋缺陷。

中國專利，專利公開號CN1781623，專利名稱“連鑄結晶制造方法”提供了一種連鑄結晶輥制造方法，首先在結晶輥的輥芯上沿輥芯軸向開進、出水孔，在輥芯壁上開有導水孔，分別連通進、出水孔及輥芯外表面；在結晶輥的輥芯外表面上安裝金屬管，分別通過輥芯壁上的導水孔與進、出水孔連通構成多個冷卻回路，形成結晶輥冷卻系統；采用冷氣動力噴涂，以大于1.0MPa壓力氣體驅動金屬顆粒以高速撞擊結晶輥輥芯外表面，金屬顆粒發生足夠的變形而粘結在結晶輥輥芯表面和冷卻回路外表面上，填充孔隙，進而形成足夠的涂層厚度將冷卻回路完全掩埋，并形成足夠厚度的結晶輥輥套，完成結晶輥的制造。

中國專利，專利公開號CN1781643，專利名稱“結晶器銅板修復方法”，提供了一種結晶器銅板修復方法，采用氣動力噴涂的方法，用高壓壓縮氣體驅動微小金屬顆粒以足夠高的速度撞擊結晶器需要修復的表面，微小顆粒發生足夠的塑性變形而粘結在結晶器的表面上形成新的表面，填充裂縫或磨損凹槽等。

中國專利，專利公開號CN2754775，專利名稱“薄帶連鑄結晶輥”，提供了一種薄帶連鑄結晶輥，結晶輥輥套采用冷氣動力噴涂沉積金屬形成。

然而，常規冷氣動力噴涂涂層往往存在大量的氣孔和因顆粒變形不充分形成的缺陷，涂層致密度低，只能達到85％-95％之間，并且金屬涂層中的密閉氣孔或缺陷內會儲存一定量的高壓氣，在后續熱處理過程中易膨脹長大，形成較大的缺陷，會大大降低涂層的導電、導熱、耐蝕性能和強度、硬度及耐磨性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種高致密度還原性金屬涂層的制備方法，工藝簡單，容易實施，流程短，效率高，適應范圍廣，且微鍛顆粒轟擊鍛造與冷氣動力噴涂涂層可同時在線進行，不需要額外特殊裝備，制備過程中只需使用不同種類的噴涂顆粒，即能夠在工件整個表面或局部表面獲得高致密度金屬涂層，涂層的致密度達到99％以上，遠高于傳統冷氣動力噴涂法沉積的涂層。

本發明的目的是這樣實現的：一種高致密還原性金屬涂層的制備方法，包含以下步驟：

步驟1：清理基體表面，可以采用機械加工方法，如磨光、拋光，也可以采用化學方法，如酸洗，得到干燥光滑表面；

步驟2：對所得的干燥光滑表面進行毛化處理，得到有一定粗糙度的新鮮表面的工件，粗糙度范圍為Ra0.1～Ra10；

步驟3：通過噴涂槍加速驅動氣體和金屬顆粒形成的氣固雙相流撞擊所得的工件表面，得到低致密度涂層；

步驟4：通過轟擊槍加速驅動氣體和微鍛顆粒形成的氣固雙相流轟擊工件表面，得到高致密涂層。

優選地，所述步驟2的最佳粗糙度范圍為Ra1.0～Ra5.0。

在上述步驟中，步驟3中的金屬顆粒可以是鋁及鋁合金、鋅及鋅合金、錫及錫合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合金、鈦及鈦合金、鐵及鐵合金、鈷及鈷合金中的一種或兩種以上合金的混合微粒。金屬顆粒可以是球形，也可以是近似球形的其它形狀。

微粒的粒徑范圍為1～100μm，最佳粒徑范圍為5～30μm，驅動氣體溫度范圍為25～800℃，驅動氣體壓力范圍為1～5MPa，單層沉積厚度范圍為10～500μm，最佳單層沉積厚度范圍為80～200μm。