[發明專利]一種Cu合金導磁涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110034855.6
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112877684B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 鄒晉;曾延琦;王佳偉;余輝輝;吳丹;陳威
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用物理研究所
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04;C22C9/00;B22F9/08
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務所(普通合伙) 11947
• 代理人: 王翠

本發明提供了一種Cu合金導磁涂層及其制備方法。該技術方案首先設計了銅和鐵的配比，然后通過熔煉，氣霧化制粉獲得近球形的Cu?Fe合金粉體，選擇合適粒徑的Cu?Fe合金粉，在真空或惰性氣體保護下進行時效處理后，采用冷噴涂工藝在基材上噴涂制備Cu?Fe合金涂層。本發明同時結合了銅的高熱導率和鐵的高磁導率，且銅和鐵在合金中原位結合，具有優異的導熱導磁性能。時效處理促進了Cu基體中固溶Fe原子的彌散析出，提高了合金粉的熱導率和磁導率，并改善粉末塑性。冷噴涂工藝可以使Fe相形成類纖維結構，增大比表面面積，提高導磁效果。而且冷噴涂工藝在金屬和非金屬基材上均可實現有效的涂層制備，具有涂層結合強度高、涂層組織致密、生產效率高等技術優勢。

技術領域

本發明涉及功能涂層技術領域，具體涉及一種Cu合金導磁涂層及其制備方法。

背景技術

電磁爐是應用電磁感應原理對食品進行加熱的。電磁爐的工作原理是磁場感應渦流加熱。交變電流通過電磁爐的線圈產生磁場，當磁場內磁力線通過鐵質鍋的底部時，磁力線被切割，從而產生渦流，使鐵質鍋自身的鐵分子高速旋轉并產生碰撞磨擦生熱令鍋底迅速發熱，達到加熱鍋內食品的目的。因此電磁爐適用于高導磁金屬制成的炊具，如鐵鍋，不銹鋼鍋等。而對于鋁、銅等金屬制成的炊具，由于材料的磁導率太低，或者砂鍋等采用非金屬材料制備的炊具都無法在電磁爐上使用，從而限制了電磁爐的應用場景。

目前市場上采用在鋁鍋底部以熱噴涂法制備鐵涂層或鐵鋁涂層來改變鍋底的導磁性能，但是熱噴涂法制備鐵基涂層有明顯的缺陷：1、熱噴涂制備涂層成本太高且生產效率低；2、熱噴涂過程中鐵涂層易發生氧化，涂層中孔隙率較高，在使用過程中易脫落；3、熱噴涂制備的鐵鋁涂層在粉末熔化過程中易形成FeAl₃硬脆相，導致涂層性能惡化；4、鐵的導熱系數遠低于鋁和銅，導致熱傳導效率下降；5、熱噴涂法僅適用于金屬材質的基材，在非金屬炊具如砂鍋上無法應用。

銅作為金屬良導體具有良好的熱導率和良好的耐蝕性，鐵作為鐵磁材料具有高的磁導率。當鐵含量大于5％時，鐵以富鐵相形式存在于銅鐵合金中，因此將一定含量的鐵與銅熔煉制備成的銅鐵合金具有良好的熱導率和磁導率。

冷噴涂技術是一種基于高速粒子固態沉積的涂層制備方法。高壓氣體直接或經過氣體加熱器進入拉瓦爾噴嘴，形成超音速氣流，帶動粉末粒子(15～50μm)以極高的速度(300～1200m/s)碰撞基板，使顆粒發生強烈的塑性變形，從而沉積在基體表面形成涂層。相對熱噴涂而言，冷噴涂具有以下優點：1)涂層的化學成分以及顯微組織結構可與原材料保持一致；2)基體選擇范圍廣；3)涂層中殘余應力為壓應力，涂層結合強度高；4)涂層致密，孔隙率低；5)噴涂速度快。

此外值得提到的，本申請人于2019年12月9日提交了名為“一種Cu-Fe原位合金箔材及其制備方法”的專利申請(公開號CN110923694A)，該技術方案通過氣霧化制粉獲得近球形的Cu-Fe原位合金粉體，然后采用冷噴涂工藝在基材上噴涂制備Cu-Fe原位合金涂層，最后去除基材并采用冷軋工藝對Cu-Fe合金板材進行軋制，獲得具有寬頻電磁屏蔽效果的Cu-Fe原位合金箔材。

盡管其同樣具有配料、制粉、冷噴涂等工藝步驟，但其制備的箔材主要發揮電磁屏蔽作用，本質上是利用了銅的高電導率和鐵的高磁導率對入射電磁波的屏蔽，屏蔽機理分為3部分：(1)屏蔽體表面因阻抗失配引起的反射損耗；(2)電磁波在屏蔽材料內部傳輸時，電磁能量被吸收引起傳輸損耗或吸收損耗；(3)電磁波在屏蔽材料內壁面之間多次反射引起的多次反射損耗。而本申請的Cu-Fe導磁涂層，除了在成分及制備工藝存在不同之外，本質上是利用了銅的高熱導率(加快熱量傳遞)和鐵的高磁導率(電磁感應發熱)，實現一個電磁感應快速傳熱的過程。而且冷噴涂可以實現在各種材質上的沉積，擴大了導磁涂層的范圍。由此可見，本技術方案與CN110923694A在技術思路、技術原理、技術效果等方面存在本質區別，二者之間不具有啟示意義，特此說明。

發明內容