在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，先将铁铝合金箔片与不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，得到涂层预制体。然后用雾化不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层，并将不锈钢箔片粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。此方法具有涂层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现仿贝壳结构钢基涂层的强界面和高性能。

Preparation of steel-based coating of shell like structure on aluminum substrate

【技术实现步骤摘要】
在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法
本专利技术涉及涂层制备
，特别涉及一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法。
技术介绍
铝合金具有大强重比和良好耐蚀性，广泛用于航空、航天、船舶、桥梁等领域。但其耐磨性及高温性能较差，难以用于轴套、外置结构件及其他接触磨损件。涂层技术是提高工业结构件耐磨及高温性能的经济、有效手段，但因铝的低熔点和质软缺点，使涂层难以兼具强界面结合与耐高温耐磨性能。因此，寻找一种涂层微结构设计及过渡层方法，强化层、基体界面，提高其耐高温耐磨性能至关重要。
技术实现思路
本专利技术是针对常见手段难以有效解决铝基体涂层难以兼具强界面结合与耐高温耐磨性能问题的研发领域现状，提供一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法。此方法具有涂层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现铝基体涂层的强界面和高性能。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，包括以下步骤：1)将铁铝合金箔片与不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，得到涂层预制体；2)采用雾化不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层；3)将不锈钢箔片粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，铁铝合金箔片的铝元素质量百分含量为6％～10％，厚度0.01～0.04毫米，304不锈钢箔片厚度0.02～0.05毫米；箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米；高真空加热炉的真空度≤10-3，粘吸处理温度275～398℃。作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，雾化304不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末粒度分别为45～68微米和62～88微米；超音速等离子双喷技术的两个喷枪夹角60度，工作气体为丙烷，电压与电流分别为180伏特和360安培。作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，粘结箔片用3摩尔每升聚乙烯醇缩醛酒精溶液；箔片—金属陶瓷复合层的层数为3～5层。作为本专利技术的进一步改进，制得的仿贝壳结构钢基涂层的表面硬度大于等于64HRC，界面结合强度大于等于210MPa，涂层厚度误差小于等于143微米，500℃不锈钢(304)、200牛销盘摩擦磨损速率小于等于0.09克/小时。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优势：本专利技术先将铁铝合金箔片与304不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，得到涂层预制体。然后用雾化304不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层，并将304不锈钢箔片粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备；其中铁铝合金箔片与304不锈钢箔片用于制备过渡层，防止产生涂层的柯肯达尔效应，保证涂层及界面组织得的致密性；使用雾化304不锈钢粉末、粒化碳化硅粉末和304不锈钢箔片为涂层原料，并重叠排列，形成仿贝壳结构，可强化涂层耐磨性和抗冲击强度；超音速等离子双喷技术利于喷涂两种性质差异较大的粉末，并相互协调，实现仿贝壳结构硬质层的致密度及硬度。本专利技术制得的仿贝壳结构钢基涂层的表面硬度大于等于64HRC，界面结合强度大于等于210MPa，涂层厚度误差小于等于143微米，500℃不锈钢(304)、200牛销盘摩擦磨损速率小于等于0.09克/小时。进一步，通过过渡层技术、仿贝壳结构设计、双喷技术，充分发挥钢结金属陶瓷的强硬性及不锈钢箔片的韧性优势，是有效解决铝基体涂层难以兼具强界面结合与耐高温耐磨性能问题的关键手段。此方法具有涂层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现仿贝壳结构钢基涂层的强界面和高性能。具体实施方式本专利技术一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，包括下述步骤：1)将铝元素质量百分含量为6％～10％、厚度0.01～0.04毫米的铁铝合金箔片与厚度0.02～0.05毫米的304不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，真空度≤10-3，粘吸处理温度275～398℃，得到涂层预制体；2)采用粒度为45～68微米的雾化304不锈钢粉末和粒度62～88微米的粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层，两个喷枪夹角60度，工作气体为丙烷，电压与电流分别为180伏特和360安培；3)将304不锈钢箔片用3摩尔每升聚乙烯醇缩醛酒精溶液粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复3～5层，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。以下通过具体实施例对本专利技术的方法进行详细说明。实施例11)将铝元素质量百分含量为6％、厚度0.01毫米的铁铝合金箔片与厚度0.02毫米的304不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，真空度≤10-3，粘吸处理温度275℃，得到涂层预制体；2)采用粒度为45微米的雾化304不锈钢粉末和粒度62微米的粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层，两个喷枪夹角60度，工作气体为丙烷，电压与电流分别为180伏特和360安培；3)将304不锈钢箔片用3摩尔每升聚乙烯醇缩醛酒精溶液粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复3层，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。实施例21)将铝元素质量百分含量为7％、厚度0.02毫米的铁铝合金箔片与厚度0.03毫米的304不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，真空度≤10-3，粘吸处理温度288℃，得到涂层预制体；2)采用粒度为47微米的雾化304不锈钢粉末和粒度64微米的粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层，两个喷枪夹角60度，工作气体为丙烷，电压与电流分别为180伏特和360安培；3)将304不锈钢箔片用3摩尔每升聚乙烯醇缩醛酒精溶液粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复4层，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。实施例31)将铝元素质量百分含量为8％、厚度0.03毫米的铁铝合金箔片与厚度0.04毫米的304不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，真空度≤10-3，粘吸处理温度298℃，得到涂层预制体；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将铁铝合金箔片与不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，得到涂层预制体；/n2)采用雾化不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层；/n3)将不锈钢箔片粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的超音速等离子双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复多次步骤2)～3)，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将铁铝合金箔片与不锈钢箔片先后层叠铺展在铝基体表面，置于高真空加热炉中进行箔片—基体的粘吸处理，得到涂层预制体；
2)采用雾化不锈钢粉末和粒化碳化硅粉末为原料，通过超音速等离子双喷技术在涂层预制体表面制备钢结碳化硅金属陶瓷层；
3)将不锈钢箔片粘接在钢结碳化硅金属陶瓷层表面，再采用步骤2)的超音速等离子双喷技术得到金属陶瓷层，如此重复多次步骤2)～3)，最终在铝基体上完成仿贝壳结构钢基涂层的制备。


2.如权利要求1所述的在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，其特征在于，铁铝合金箔片的铝元素质量百分含量为6％～10％，厚度0.01～0.04毫米，不锈钢箔片厚度0.02～0.05毫米；箔片横向尺寸大于涂层尺寸1厘米。


3.如权利要求1所述的在铝基体上制备仿贝壳结构钢基涂层的方法，其特征在于，高真空加热炉的真空度≤10-3，粘吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文生，胡春莲，张绍兵，翟海民，何东青，张辛健，冯力，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62