[發明專利]一種制備納米表面涂層的方法

有效

• 申請號: 201310444695.8
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103469200A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王開陽;薛雯娟;劉林森;楊錦;姜山;蔣顯全;潘復生
• 申請（專利權）人: 重慶市科學技術研究院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D7/06;C22F1/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 霍本俊

技術領域

本發明涉及一種制備納米表面涂層的方法，特別涉及一種制備高致密性及高粘附性納米表面涂層的方法。

背景技術

采用納米技術對機械等關鍵零部件（如軸承、齒輪、彈簧等）進行金屬納米表面涂層處理，可以提高設備的耐磨性、硬度和壽命。目前制備納米表面涂層的方法主要外涂層法與內擴散生成法。外涂層法包括物理氣相沉積、熱噴涂或等離子體噴涂法、鍍膜法等；內擴散生成法包括化學氣相沉積、電沉積法或電鍍、自組裝法等。外涂層法的優點是工藝簡單、易于實現，但需要解決以下問題：一是動量小無法在基體表面沉積成致密涂層，直接噴涂困難；二是在噴涂過程中必須保證納米顆粒不發生燒結，在最終的涂層中保持納米晶結構；三是設備較復雜，能耗較高。內擴散法可以解決涂層和界面的結合問題，且能在分子水平上控制涂層，但是對工件表面的要求較高、涂層制備速度較慢。

在表面涂層的制備過程中引入自蔓延高溫合成，為材料的表面強化、提高工件的抗高溫性能、耐磨性和耐蝕性提供了新途徑。這一技術主要在于借助反應放熱促進表面噴涂粒子和產物粒子的熔化，利用廉價反應原料，在涂層的形成過程中獲得常規方法難以制備的高熔點金屬間化合物材料。同時由于更多的利用反應體系中的高化學能，因而可實現低成本、高效能地制備高性能的表面涂層，可用于工業化應用。但是，由于自蔓延高溫反應的特性，即使在涂覆自蔓延反應物時施加一定的外加壓力，也不能確保涂層的高致密性及高粘附性。

噴丸作為一種廣泛使用的材料表面冷加工方法，該方法具有實施方便、效果顯著、適應面廣、消費低等多種優勢，其工藝范圍亦從鍛件的表面清理擴展到金屬結構件的強化、表面加工等不同的領域。特別是當工件經過高速微粒子噴射，使表面溫度急熱后又急冷，可以使金屬表面殘余奧氏體馬氏體化，組織再結晶，組織細化，表面形成高硬度且韌性好的組織，從而提高產品壽命。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種制備納米表面涂層的方法，制備的涂層具有高致密性及高粘附性。

本發明的制備納米表面涂層的方法，包括以下步驟：

1）將自蔓延反應金屬混合粉末球磨后，涂覆在金屬板表面上；

2）點燃涂覆在金屬板表面上的金屬混合粉末涂層，金屬混合粉末涂層發生自蔓延反應；

3）對發生自蔓延反應的金屬混合粉末涂層進行噴丸處理，自蔓延反應及噴丸處理結束后，即得到納米表面涂層。

進一步，所述步驟1）中，涂覆的方法為涂覆干混合粉或涂覆混合粉漿料，涂覆厚度為5μm～5mm。

進一步，所述步驟2）中，點燃的方法為電阻絲點燃、激光點燃或明火點燃。

進一步，所述步驟3）中，金屬混合粉末涂層發生自蔓延反應后的1s～1800s內進行噴丸處理。

進一步，所述步驟3）中，金屬混合粉末涂層發生自蔓延反應后的10s～120s內優先進行噴丸處理。

進一步，所述步驟3）中，噴丸處理的角度為10～170度，噴丸速度為20m/s～150m/s，噴丸種類為不銹鋼球、硬質合金球、碳鋼球、鎳及鎳合金球或氧化鋯陶瓷球，噴丸尺寸為10μm～10mm。

進一步，所述金屬混合粉末為鎳-鋁混合粉末、鈦-鋁混合粉末、鐵-鋁混合粉末、鎳-鈦混合粉末、鈦-碳混合粉末、鈦-硼混合粉末或鉬-硅混合粉末。

進一步，所述金屬板為鐵板、鐵合金板、鋼板、鈦板、鈦合金板、鋁板、鋁合金板、鎂板、鎂合金板、銅板、銅合金板、鎳板或鎳合金板。

本發明的有益效果在于：將涂覆在金屬板表面的金屬混合粉末點燃后，由于粉末的自蔓延反應達到足夠熔化金屬表面的溫度，使得粉末本身與金屬表面發生高溫擴散反應，但是這樣的擴散反應并不能在表面形成致密層。而本發明在自蔓延反應發生后的一定時間內，對涂層進行噴丸處理，可以增加涂覆金屬粉末向金屬表面的擴散深度，增加涂層與基體金屬的粘附力，而且通過噴丸處理，可大大提高涂層的致密度，同時噴丸處理也有表面納米化的作用；因此，本發明制備的涂層具有高致密性及高粘附性，并且本發明的方法設備簡單，能耗低，成本低。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為涂覆粉末涂層的示意圖；

圖2為粉末涂層自蔓延反應示意圖；

圖3為粉末涂層發生自蔓延反應后進行噴丸處理的示意圖。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。

實施例1

本實施例的制備納米表面涂層的方法，包括以下步驟：