[發明專利]一種高沉積效率、高性能冷噴金屬沉積體的制備方法

在審

• 申請號: 202010312076.3
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111455370A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李玉娟;王耀武;馬建華;王紅紅;周瑩瑩;李新玥
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;B22F1/00;C23G1/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 弓長

本發明公開了一種高沉積效率、高性能冷噴金屬沉積體的制備方法，具體為：對待噴涂工件表面進行預處理；之后選用塑性良好的球形或近球形金屬粉末，經酸洗處理后作為噴涂粉末；采用冷噴涂工藝，在經預處理后的工件表面進行金屬粉末的噴涂，制備金屬沉積體。本發明的方法，經酸洗處理的噴涂粉末顆粒在加熱加速過程中更容易被加熱，因此，顆粒的軟化程度越大。在隨后的沉積過程中，提高噴涂粉末沉積效率的同時粒子的塑性變形程度相對較高，改善粒子間界面結合質量。另外，因粉末初始表面氧化膜破碎導致在沉積體粒子間界面處的氧化膜碎片較少，對電流、熱流和力傳輸過程中的阻礙作用減弱，提高相應沉積體的傳導性能和力學性能。

技術領域

本發明屬于材料工程技術領域，具體涉及一種高沉積效率、高性能冷噴金屬沉積體的制備方法。

背景技術

冷噴涂(Cold Spraying,CS)是一種基于空氣動力學和顆粒碰撞動力學的沉積體制備技術，通過將微米尺度(5-50μm)的顆粒送入高速氣流，經加速至高速度(300-1200m·s^-1)后，顆粒以完全固態(1000℃)的形式碰撞基體，通過顆粒與基體/已沉積顆粒的塑性變形實現沉積體的制備。對于給定的材料和工藝參數，粉末顆粒存在某一個臨界速度(V_cr)，只有當顆粒速度大于臨界速度時，顆粒碰撞后才會發生沉積。與傳統的熱噴涂、激光熔覆和選擇性激光熔覆等基于熔融再凝固的涂層或增材制造工藝相比，冷噴涂的顯著特點是粒子沉積溫度低，可在大氣氣氛下實現金屬沉積體的無氧化制備，避免了基體的熱效應，因此冷噴涂在涂層制備和增材制造等領域具有廣泛的應用前景和獨特的應用價值。

冷噴涂金屬沉積體的性能決定了其應用范圍。粒子間的界面結合是影響冷噴涂沉積體性能的關鍵因素。力學性能測試結果表明：當粒子間界面結合較差時，斷裂幾乎全部發生在粒子界面處，沉積體的強度較低；而隨著粒子間界面結合質量的改善，沉積體的性能顯著提高，其抗拉強度可高達200-470MPa。因此，改善粒子間界面結合質量是提高沉積體性能的主要途徑。此外，由于冷噴涂顆粒沉積溫度低，遠低于顆粒熔點，顆粒未熔化，因此與傳統的熱噴涂相比，沉積效率相對較低。提高噴涂粉末沉積效率可大幅度降低冷噴涂成本，有助于實現其工業化大生產。因此，如何通過粉末的合理處理，在確保沉積體粒子間界面結合良好的同時大大提高噴涂粉末的沉積效率是目前尚待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高沉積效率、高性能冷噴金屬沉積體的制備方法，提高噴涂粉末沉積效率的同時改善沉積體粒子間界面結合質量。

本發明所采用的技術方案是，一種高沉積效率、高性能冷噴金屬沉積體的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，對待噴涂工件表面進行預處理；

步驟2，選用粒徑為5-50微米且塑性良好的球形或近球形金屬粉末，經酸洗處理后作為噴涂粉末；

步驟3，采用冷噴涂工藝，選取合適的噴涂參數，在經預處理后的工件表面進行金屬粉末的噴涂，制備金屬沉積體。

本發明的特點還在于，

步驟1中，具體為：

采用工業酒精或丙酮對待噴涂工件表面的油污和其他污染物進行超聲清洗，烘干，然后采用24目的氧化鋁顆粒對待噴涂工件表面進行噴砂粗化處理。

超聲清洗的時間為5-10min；烘干溫度為50℃，烘干時間為10-20min；噴砂粗化處理時，壓力為0.5Mpa，時間為5-10min。

步驟2中，酸洗處理具體為：將金屬粉末置于弱酸性溶液中，攪拌5-10min，使粉末與溶液充分接觸并反應，反應結束后，靜置30min以上，過濾，之后將所得粉末置于低壓罐中72h以上，直至粉末干燥，真空密封保存，得到處理后的金屬粉末。

弱酸性溶液由體積比為1:5的鹽酸和酒精混合而成；金屬粉末與酸溶液的質量比為1：20。