[發明專利]一種金屬板材的制備方法及裝置

有效

• 申請號: 202110162713.8
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN113001005B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王快社;王佳;喬柯;王文;張升懿;謝海瑞;張宇燁
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B23K20/12
• 分類號: B23K20/12;B23K20/26;C23C24/04
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷;國旭東

本發明公開了一種金屬板材的制備方法及裝置，所述方法首先以金屬材料為基材，以合金粉末為強化材料，通過冷噴涂將合金粉末沉積到基材表面以形成沉積層，然后對沉積層進行快速冷卻攪拌摩擦加工得到金屬板材；所述快速冷卻攪拌摩擦加工通過噴射冷卻劑對基材進行冷卻，所述冷卻劑包括液態CO₂或液態C₅H₁₂。本發明采用冷噴涂結合快速冷卻攪拌摩擦加工技術成功制備了局部高強的、高塑性合金化的金屬材料，本發明工藝簡單、環保，合金化層與基體結合良好，合金化層的微觀組織細化、均勻。金屬材料的性能得到了明顯提升，因此，本發明適用于金屬材料改性，尤其適用于金屬材料的局部改性。

技術領域

本發明屬于金屬表面改性技術領域，具體涉及一種金屬板材的制備方 法及裝置。

背景技術

金屬構件在使用過程中由于金屬材料失穩而出現疲勞、磨損和腐蝕等 情況，從而嚴重影響了金屬構件的使用壽命。由于材料失穩多始于表面， 因此需要對金屬材料的表面進行合金強化處理，合金強化是指在金屬中加 入合金元素，使得合金元素在金屬基體中形成對位錯運動有阻礙作用的彌 散質點，從而提高合金強度。同時，合金元素通過改變基體的點陣類型， 使得基體的晶粒細化，增大基體的淬透性，間接提高合金的強度。

在金屬材料的應用中，材料的失效往往在于局部位置受到特殊外部環 境的影響首先失效，從而導致整個材料失去應用價值，因此材料的局部改 性問題至關重要。現有技術中使用冶金熔融合金化，此方法耗費資源較大， 對環境污染大。對于一些特殊環境服役金屬，其使用材料局部性能要求高， 基體性能要求低，這時使用冶金熔融制合金顯得有所不足。

發明內容

針對現有技術中金屬材料合金強化方法存在的不足，本發明提出一種 金屬板材的制備方法及裝置。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種金屬板材的制備方法，所述方法首先以金屬材料為基材，以合金 粉末為強化材料，通過冷噴涂將合金粉末沉積到基材表面以形成沉積層， 然后對沉積層進行快速冷卻攪拌摩擦加工得到金屬板材；

所述快速冷卻攪拌摩擦加工通過噴射冷卻劑對基材進行冷卻，所述冷 卻劑包括液態CO₂或液態C₅H₁₂。

具體的，所述冷噴涂的參數為：冷噴涂送粉氣體為氮氣，送粉速率為 25～35g/min，噴涂距離為20～30mm，冷卻降溫速率為40～50K/s；所述沉積 層的厚度為1～4mm。

具體的，所述攪拌摩擦加工的參數為：冷卻劑噴射距離為2～4mm，攪 拌頭轉速為300～1500r/min，攪拌頭前進速度為20～200mm/min。

具體的，所述基材為純度為不小于99％的鎂板或鋁板；所述合金粉末 包括Al粉、Mg粉、Zn粉、Mn粉、Si粉中的任意兩種或多種。

具體的，所述合金粉末的粒徑為10～100微米。

優選的，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1、根據合金化設計確定合金粉末配比，然后選取粒徑為10～100 微米的金屬粉末，充分混合得到合金粉末；

步驟2、將合金粉末冷噴涂至基材表面形成沉積層；其中，所述冷噴涂 的參數為：冷噴涂送粉氣體為氮氣，送粉氣體預熱溫度為600℃，送粉速率 為25g/min，噴涂距離為25mm，冷卻降溫速率為40K/s，所述沉積層的厚 度為4mm；

步驟3、在噴射液態CO₂對基材進行冷卻的條件下，對沉積層進行快速 冷卻攪拌摩擦加工得到金屬板材；所述液態CO₂的噴射距離為2mm，攪拌 頭轉速為1200r/min，攪拌頭前進速度為25mm/min。