一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法技术

本发明专利技术属于对金属材料的镀覆技术领域，提供了一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法。该方法采用螺旋波等离子体羽流放电枪，向金属管内的钛合金溅射靶表面喷射等离子体羽流和合金粉末，产生溅射的合金液滴；在溅射靶与金属管之间施加正电压，加速合金液滴至2000m/s，撞击金属管的内壁，与内壁的铁基材料形成冶金熔融结合的合金镀层。该方法通过采用螺旋波等离子体羽流放电枪向长细金属管内喷射高热流密度的等离子体羽流和微小颗粒熔融钛粉，从而在相同材质的靶材上溅射出直径小于35um，溅射覆盖角向360

【技术实现步骤摘要】
一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法


[0001]本专利技术属于金属材料的镀覆
，具体地说，涉及一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法。

技术介绍

[0002]在利用“磁旋转阴极中心送粉电弧喷射合金粉末”到相同材质的靶材上溅射出合金液滴的技术中，其磁化电弧羽流过程中，等离子体电子密度较高，约为10
18
m
‑3，溅射的合金液滴带有负电。带负电的合金液滴被靶材与金属管间的加速电压加速到2000m/s，从而撞击金属管内壁，形成冶金熔融的合金镀层。然而，由于带有水冷系统和线圈磁场系统，电弧喷枪的直径难以小于40mm，因此无法在细长金属管中得到性能优异的合金镀层。
[0003]目前，在细长金属管内壁形成冶金熔融结合镀膜，是一项非常难以实现的技术难题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中上述的不足，本专利技术的目的在于提供了一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，通过向长细金属管(Φ40，长度在3m以上的铁基金属管道)内喷射高热流密度的等离子体羽流和微小颗粒熔融钛粉，从而在相同材质的靶材上溅射出直径小于35um且溅射覆盖角向360
°
的合金液滴，加速后在长细金属管内与铁基内壁层形成结合强度能够大于450MPa，厚度约为200um的冶金熔融结合的合金镀层。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用的解决方案是：
[0006]一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，包括采用螺旋波等离子体羽流放电枪，向金属管内的钛合金溅射靶表面喷射等离子体羽流和合金粉末，产生溅射的合金液滴；在溅射靶与金属管之间施加正电压，加速合金液滴至2000m/s，撞击金属管的内壁，与内壁的铁基材料形成冶金熔融结合的合金镀层。
[0007]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，合金粉末的粒径为100um。
[0008]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，合金液滴的直径小于35um。
[0009]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，等离子体羽流、熔融钛粉和金属管处于0.1
‑
1Pa的工作环境。
[0010]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，等离子体羽流、熔融钛粉的在氩气保护下喷射至金属管内。
[0011]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，螺旋波等离子体羽流放电枪的结构包括在石英玻璃管外依次套装绝缘层、屏蔽层和直流电磁线圈；螺旋波等离子体羽流放电枪的磁场的感应强度为300
‑
500Gs。
[0012]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，石英玻璃的内径为10mm，壁厚为1mm。
[0013]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，绝缘层采用右手螺旋半波天线，右手螺旋半波天线的厚度为0.9
‑
1.1mm。
[0014]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，右手螺旋半波天线采用紫铜材料制成。
[0015]进一步地，在本专利技术较佳的实施例中，屏蔽层采用铝合金制得，屏蔽层的壁厚为0.5mm。
[0016]本专利技术提供的一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法的有益效果是：
[0017](1)本专利技术提供的该种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，采用螺旋波羽流替代磁旋转阴极中心送粉电弧，将合金粉末与放电气体一同从本申请提供的螺旋波等离子体羽流放电枪的一段送进螺旋波放电腔内；合金粉末在螺旋波等离子体羽流的加热和加速下，形成熔融合金液滴喷射出放电枪；螺旋波等离子体羽流和熔融液滴喷射到金属管内的合金溅射靶上，产生能够溅射覆盖角向360
°
且直径小于35um的带负电的合金液滴；在溅射靶与金属管之间施加正电压，加速合金液滴，使得合金液滴的速度达到2000m/s；高速合金液滴在金属管内壁熔融基底并形成冶金熔融合金镀层。合金镀层的结合强度能够大于450MPa，厚度约为200um。
[0018](2)本申请提供的螺旋波等离子体羽流放电枪，通过在石英玻璃管依次设置上述材质和结构的绝缘层、屏蔽层和直流电磁线圈，能够产生直流稳态磁场，以使该喷枪的直径能够达到小于35mm，从而可实现在Φ40，长度在3m以上的铁基金属管道内，将等离子体羽流和微小合金粉末喷射并与金属管道内壁撞击，得到能够在覆盖角向360
°
进行溅射的直径小于35um的合金液滴，从而制备性能优异的冶金熔融结合的合金镀层。本专利技术使用的螺旋波等离子体羽流抢，其直径能够小于35mm，可以在细长金属管内形成冶金熔融的镀膜。
[0019](3)本专利技术提供的利用螺旋波等离子体羽流放电枪制备冶金熔融镀膜的方法，合金液滴的动能转换成熔融铁基基底35um深度，钛合金液滴的截面积为S
σ
与自身截面积相近的铁基材料表面形成冶金熔融结合的镀层，基底内部的铁基材料温度升高有限，低于铁基材料的热相变和热形变温度，因此不会造成金属管道基体的热损伤，能够为金属管提供抗高温、耐腐蚀的作用。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实验例螺旋波等离子体羽流放电枪的结构示意图。
[0021]附图标记：10
‑
螺旋波等离子体羽流喷枪，100
‑
石英玻璃管，200
‑
绝缘层，300
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屏蔽层，400
‑
电磁线圈。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]以下结合实施例对本专利技术的特征和性能作进一步的详细描述。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示，本实施例提供了一种螺旋波等离子体羽流放电枪10，其结构包括：在内径为10mm、壁厚为1mm的石英玻璃管100的外侧套装一个厚度为1mm的紫铜材料制成的绝
缘层200，该绝缘层采用右手螺旋半波天线；在右手螺旋半波天线外侧采用铝合金制得的壁厚为0.5mm的屏蔽层300来屏蔽右手螺旋半波天线的对外辐射高频电磁场；在铝合金屏蔽层外用漆包线缠绕直流电磁线圈400，从而产生直流稳态磁场，磁场的感应强度为300
‑
500Gs。上述螺旋波等离子体羽流喷枪的直径可小于35mm。
[0026]本实施例还提供了一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，包括：采用螺旋波等离子体羽流放电枪10，向金属管内的钛合金溅射靶表面喷射等离子体羽流和粒径为100um熔融钛粉，产生能够360
°
溅射的直径小于35um的合金液滴，在磁化螺旋波等离子体中，带负电的合金液滴被加速，撞击金属管的内壁，与内壁的铁基材料形成冶金熔融结合的合金镀层，合金镀层的结合强度能够大于450MPa，厚度约为200um，抗拉强度优于450Mpa。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，其特征在于，包括采用螺旋波等离子体羽流放电枪，向金属管内的钛合金溅射靶表面喷射等离子体羽流和合金粉末，产生溅射的合金液滴；在所述溅射靶与所述金属管之间施加正电压，加速所述合金液滴至2000m/s，撞击金属管的内壁，与内壁的铁基材料形成冶金熔融结合的合金镀层。2.根据权利要求1所述的细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，其特征在于：所述合金粉末的粒径为100um。3.根据权利要求1所述的细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，其特征在于：所述合金液滴的直径小于35um。4.根据权利要求1所述的细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，其特征在于：所述等离子体羽流、所述熔融钛粉和所述金属管处于0.1
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1Pa的工作环境。5.根据权利要求1所述的细长金属管内螺旋波羽流加速合金粉末溅射镀膜方法，其特征在于：所述等离子体羽流、所述熔融钛粉在氩气保护下喷射至所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵华，曾毅，谭军，李林，吴章勇，李露，
申请(专利权)人：四川真火等离子研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：