一种脆性基体表面金属基涂层及其制备装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种脆性基体表面金属基涂层及其制备装置与方法，属于金属涂层技术领域。该装置包括：等离子射流加热系统、温度检测控制系统以及拉法尔喷管；等离子射流加热系统具有等离子喷枪，等离子喷枪的喷嘴朝向脆性基体设置以用于对脆性基体表面的待沉积区域进行加热；温度检测控制系统用于检测和控制待沉积区域的温度；拉法尔喷管具有喷射出口，喷射出口朝向脆性基体设置并用于向加热后的待沉积区域喷射超音速金属基微米级粉末颗粒。采用上述装置可在脆性基体表面有效制备出具有高界面结合强度的致密金属层。该脆性基体表面金属基涂层界面结合强度以及机械性能均较高。属基涂层界面结合强度以及机械性能均较高。属基涂层界面结合强度以及机械性能均较高。

【技术实现步骤摘要】
一种脆性基体表面金属基涂层及其制备装置与方法


[0001]本专利技术涉及金属涂层
，具体而言，涉及一种脆性基体表面金属基涂层及其制备装置与方法。

技术介绍

[0002]金属固态沉积作为一种新兴的表面处理工程新技术，是传统热喷涂技术的重要补充之一。金属固态沉积可以制备低氧化致密金属涂层，可以获得导热、导电、导磁等电磁性能优异的金属层，理论上是陶瓷的脆性基材表面金属化的理想技术选择。
[0003]陶瓷金属化越来越受到工业界的重视，利用金属固态沉积技术实现陶瓷表面金属化也引起了众多学者的关注。但目前大多数陶瓷基体表面无法通过金属固态沉积方式有效制备金属层，即使可以获得(如纯铝/氧化铝界面结合强度＜10MPa)，其界面结合强度也极低，机械性能过差，并不能大范围推广应用。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种脆性基体表面金属基涂层的制备装置以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种采用上述制备装置进行脆性基体表面金属基涂层的方法。
[0007]本专利技术的目的之三在提供一种由上述方法制备得到的脆性基体表面金属基涂层。
[0008]本申请可这样实现：
[0009]第一方面，本申请提供一种脆性基体表面金属基涂层的制备装置，包括：等离子射流加热系统、温度检测控制系统以及拉法尔喷管；
[0010]等离子射流加热系统具有等离子喷枪，等离子喷枪的喷嘴朝向脆性基体设置以用于对脆性基体表面的待沉积区域进行加热；
[0011]温度检测控制系统具有检测器和控制器，检测器用于检测经等离子射流加热系统加热后的待沉积区域的温度，控制器同时与检测器以及等离子射流加热系统信号连接，以使检测器检测出的温度结果反馈至控制器并根据预设的待沉积区域温度范围调控等离子射流对待沉积区域的加热情况；
[0012]拉法尔喷管具有喷射出口，喷射出口朝向脆性基体设置并用于向加热后的待沉积区域喷射超音速金属基微米级粉末颗粒。
[0013]在可选的实施方式中，制备装置还包括送粉器；
[0014]拉法尔喷管还具有喷射入口，送粉器与喷射入口连接以将待喷涂的金属基微米级粉末颗粒输送至拉法尔喷管内部。
[0015]在可选的实施方式中，制备装置还包括高压气源，高压气源与喷射入口连接以使高压气体对述拉法尔喷管内部的金属基微米级粉末颗粒进行加速。
[0016]第二方面，本申请提供一种脆性基体表面金属基涂层的制备方法，采用前述实施方式任一项的制备装置于脆性基体的表面喷涂金属基涂层。
[0017]在可选的实施方式中，脆性基体为陶瓷基体。
[0018]在可选的实施方式中，包括以下步骤：
[0019]用等离子射流加热系统对脆性基体表面的待沉积区域进行加热；
[0020]用温度检测控制系统检测和调控等离子射流对待沉积区域的加热情况以使加热后的待沉积区域的温度维持在预设的温度范围内；
[0021]用拉法尔喷管向加热后的待沉积区域喷射超音速金属基微米级粉末颗粒以在脆性基体表面形成高强界面结合的底层沉积层。
[0022]在可选的实施方式中，还包括在底层沉积层的表面继续以常规金属固态增材方法沉积新的金属基沉积层。
[0023]在可选的实施方式中，待沉积区域的温度维持于900
‑
4000℃且低于基体材料的熔点。
[0024]在可选的实施方式中，等离子射流加热系统的工作条件包括：功率为10
‑
300KW，离子气为氮气和惰性气体中的至少一种。
[0025]在可选的实施方式中，等离子射流加热系统工作过程中不使用辅助气体。
[0026]在可选的实施方式中，制备底层沉积层时，从拉法尔喷管喷射出的金属基微米级粉末颗粒的速度为200
‑
600m/s且温度＜100℃。
[0027]在可选的实施方式中，从拉法尔喷管喷射出的金属基微米级粉末颗粒的速度为300
‑
500m/s。
[0028]在可选的实施方式中，从拉法尔喷管喷射出的金属基微米级粉末颗粒的温度为
‑
100至25℃。
[0029]第三方面，本申请提供一种脆性基体表面的金属基涂层，经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。
[0030]在可选的实施方式中，金属基涂层中，基体表面嵌入有金属基微米级粉末颗粒。
[0031]在可选的实施方式中，金属基涂层中，基材表面材料与粉末颗粒相互交织并形成元素扩散。
[0032]本申请的有益效果包括：
[0033]本申请提供的装置和方法，首先是采用等离子射流加热系统，以超高温等离子射流为热源对基体待沉积区域进行快速加热软化，同时利用温度检测控制系统使基体表面温度达到目标温度并维持，从而使得基体表面材料的屈服强度大幅下降，塑性变形能力显著提升；然后利用拉法尔喷嘴向经过加热处理后的区域持续不断的高速喷射低温金属基微米级粉末颗粒；当这些超音速金属基颗粒，高速碰撞到屈服强度小于自身的基材表面，随着基材表面的剧烈变形，便会嵌入到基体表面；随着大量金属颗粒不断撞击沉积到基体表面，便会在陶瓷基体表面形成具有高强界面结合的一层金属沉积层，完成陶瓷表面的金属化。
[0034]也即，通过本申请提供的装置和方法可在脆性基体表面有效制备出具有高界面结合强度以及高机械性能的致密金属层。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0036]图1为本申请提供的脆性基体表面金属基涂层的制备装置的结构示意图；
[0037]图2为本申请提供的脆性基体表面金属基涂层的制备方法的原理图。
[0038]图标：1
‑
等离子喷枪；2
‑
高温等离子射流；3
‑
温度检测控制系统；4
‑
拉法尔喷管；5
‑
金属基微米级粉末颗粒；6
‑
脆性基体；7
‑
软化的脆性基体表面。
具体实施方式
[0039]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0040]下面对本申请提供的脆性基体表面金属基涂层及其制备装置与方法进行具体说明。
[0041]专利技术人提出：导致现有技术中大多数陶瓷基体表面无法通过金属固态沉积方式有效制备金属层的原因之一在于，陶瓷的塑性变形能力极差。基于此，专利技术人创造性地提出通过等离子射流极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脆性基体表面金属基涂层的制备装置，其特征在于，包括：等离子射流加热系统、温度检测控制系统以及拉法尔喷管；所述等离子射流加热系统具有等离子喷枪，所述等离子喷枪的喷嘴朝向脆性基体设置以用于对脆性基体表面的待沉积区域进行加热；所述温度检测控制系统具有检测器和控制器，所述检测器用于检测经所述等离子射流加热系统加热后的待沉积区域的温度，所述控制器同时与所述检测器以及所述等离子射流加热系统信号连接，以使所述检测器检测出的温度结果反馈至所述控制器并根据预设的待沉积区域温度范围调控所述等离子射流对所述待沉积区域的加热情况；所述拉法尔喷管具有喷射出口，所述喷射出口朝向所述脆性基体设置并用于向加热后的所述待沉积区域喷射超音速金属基微米级粉末颗粒。2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括送粉器；所述拉法尔喷管还具有喷射入口，所述送粉器与所述喷射入口连接以将待喷涂的金属基微米级粉末颗粒输送至所述拉法尔喷管内部。3.根据权利要求2所述的制备装置，其特征在于，所述制备装置还包括高压气源，所述高压气源与所述喷射入口连接以使高压气体对述拉法尔喷管内部的所述金属基微米级粉末颗粒进行加速。4.一种脆性基体表面金属基涂层的制备方法，其特征在于，采用权利要求1
‑
3任一项所述的制备装置于脆性基体的表面喷涂金属基涂层；优选地，所述脆性基体为陶瓷基体。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：用所述等离子射流加热系统对脆性基体表面的待沉积区域进行加热；用所述温度检测控制系统检测和调控所述等离子射流对所述待沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢迎春，黄仁忠，邓春明，邓畅光，刘敏，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：