[發(fā)明專利]一種基于微弧火花沉積技術(shù)制備類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的方法

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• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108588714A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王維夫;張步康;韓超;阮文豪;謝劍舟
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發(fā)明公開了一種基于微弧火花沉積技術(shù)制備類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的方法，所述方法按如下步驟進(jìn)行：將塊狀金屬或零件作為基體，將棒狀金屬作為電極，將基體固定于所述的工作臺上，將所述的基體與微弧火花實驗裝置的陰極相連，所述的棒狀金屬作為電極固定于工作槍上，所述的工作槍與所述的微弧火花發(fā)生裝置的陽極相連，在保護(hù)氣氛下，將電極靠近基體表面進(jìn)行沉積，通過沉積過程中按一定次序更換不同的電極，在所述的基體上沉積獲得類三明治結(jié)構(gòu)的微柱體。本發(fā)明簡單實用、成本低，加工表面類型廣，平面和曲面都能加工，為強(qiáng)化換熱、復(fù)合涂層和金屬催化等領(lǐng)域的研究提供了參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的制備方法，特別涉及一種基于微弧火花沉積技術(shù)制備具有類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的制備方法。

背景技術(shù)

通過對材料表面處理可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性、抗疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，以保證材料在高溫、高壓、重載以及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)工況條件下可靠的服役。微弧火花沉積又叫電火花沉積、電火花合金化、脈沖電弧焊接、脈沖電極堆焊等，是一種新型表面處理技術(shù)。它是利用脈沖電弧放電的原理，用導(dǎo)電材料(硬質(zhì)合金、石墨等)作為工作電極(陽極)，在空氣、特殊氣體和液體中使之與被強(qiáng)化的金屬工件(陰極)之間產(chǎn)生高頻脈沖(0.1～4KHZ)放電，在10^-6～10^-5s內(nèi)電極與工件接觸的部位產(chǎn)生達(dá)到8000～25000℃的高溫，利用該火花放電的能量，將熔化的電極材料熔滲至工件表面，形成具有冶金特性的強(qiáng)化層，從而使工件的物理和化學(xué)性能得到改善，提高零件的硬度、耐磨性、耐蝕性及熱硬性等表面性能。由于其操作簡單、熱輸入量小、熱影響區(qū)小和工藝適用范圍廣等優(yōu)點，近年來廣泛應(yīng)用于能源、航空、航天和軍事等領(lǐng)域中來制備各種改性或強(qiáng)化表面。

微柱體結(jié)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)零部件表面的結(jié)構(gòu)組織，例如換熱器和電子器件表面的柱狀結(jié)構(gòu)、摩檫學(xué)領(lǐng)域表面的微凸體織構(gòu)等。通常可以利用機(jī)械切削加工、氣相沉積和激光增材制造等技術(shù)來制備微柱體機(jī)構(gòu)。通過這些技術(shù)制備的微柱體，通常是單一材料的結(jié)構(gòu)。眾所周知，材料的硬度、耐腐蝕、耐摩擦、抗氧化、抗空蝕等性能各不相同。而在實際的工業(yè)應(yīng)用中，為了發(fā)揮不同材料最大的優(yōu)勢，往往在同一結(jié)構(gòu)上將不同材料組合使用。但是現(xiàn)有技術(shù)一方面通常只能加工單一材料的微柱體結(jié)構(gòu)，另一方面所用設(shè)備復(fù)雜、價格昂貴，不利于廣泛的應(yīng)用。微弧火花沉積技術(shù)材料的應(yīng)用范圍廣，沉積物之間呈良好的冶金結(jié)合，具有極強(qiáng)的應(yīng)用價值。

類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的主要特征是材料具有分層性，不同材料間呈現(xiàn)良好的冶金結(jié)合。同時，基于微弧火花沉積技術(shù)可以在復(fù)雜曲面上制備微柱體，使他能夠適用于實際復(fù)雜的工況。本發(fā)明利用微弧火花沉積技術(shù)，使用不同的電極材料直接過渡到基體上，制備類三明治結(jié)構(gòu)微柱體，操作簡單方便。

發(fā)明內(nèi)容

為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種通過微弧火花沉積技術(shù)制備類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的方法，加工制造簡單方便。

一種基于微弧火花沉積技術(shù)制備類三明治結(jié)構(gòu)微柱體的方法，其特征在于，所述方法按如下步驟進(jìn)行：

(1)將塊狀金屬或零件作為基體，棒狀金屬作為電極，用砂紙打磨基體和電極表面，去除氧化層，然后清洗去除油污；所述的電極材料或基體材料各自獨立為鐵基材料、鎳基材料、鈷基材料、鈦基材料、銅基材料、鋁基材料或鎂基材料；

(2)將步驟(1)所得的基體固定于所述的工作臺上，將所述的基體與微弧火花沉積裝置的陰極相連，所述的棒狀金屬作為電極固定于工作槍上，所述的工作槍與所述的微弧火花發(fā)生裝置的陽極相連，在保護(hù)氣氛下，將電極靠近基體表面，使所述的電極材料沉積到基體表面，更換不同電極材料的電極，重復(fù)沉積操作，所述的基體上形成兩個及以上的具有一定厚度的沉積涂層，即得類三明治結(jié)構(gòu)的微柱體；所述相鄰的沉積涂層使用的電極的電極材料不同。

進(jìn)一步，步驟(1)中，所述的基體的表面是平面或單一弧度的曲面或波浪式曲面。

進(jìn)一步，步驟(2)中，所述的沉積涂層層數(shù)為2～15，優(yōu)選為3～12。