【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种铝基复合涂层的冷喷涂方法。
技术介绍
1、体积分数超过40％的高含量碳化硅颗粒增强铝基(sicp/al)复合涂层具有卓越的应用性能(例如高导热性，低材料密度和高耐磨性)成为目前航空航天领域应用最广泛的一类复合涂层。然而，科技的进步和材料服役环境的改变对sicp/al复合涂层的性能提出了更高的要求，传统的sicp/al复合涂层的性能已经难以满足需要，因此需发展具有更高性能的sicp/al复合涂层。
2、高含量的sicp/al复合涂层虽具有优良的耐磨性能，但其耐腐蚀性却有所差异，由于随着sicp含量的增加，一方面高含量的sicp会因为夯实作用产生更致密的涂层，因此裂纹在基体中的传播速度较慢，涂层中sicp密度也会延迟腐蚀通过裂纹而延伸。但另一方面使得目前sicp/al复合涂层的研究滞缓综合分析主要有以下原因：(1)sicp在铝基体中均匀性较差，而现有的诸多方法也很难使其均匀分散。并且冷喷涂过程中部分粉末颗粒由于碰撞的反作用力而损失，最后实际上保留下来的sicp量和理论值相差甚远；(2)sicp与al基体之间的界面润湿性差，导致sic传递载荷能力差而造成界面断裂，界面断裂被认为是高体积分数复合涂层sicp/al脆性的主要原因，因为界面断裂在变形过程中由于没有基体金属的干预而提供了裂纹扩展的通道，甚至sicp由于碰撞碎裂而在界面处形成裂纹源；冷喷涂工艺沉积体内颗粒间的结合质量直接决定了沉积体的传导性、物理隔离性能、沉积体的结合强度及自身力学性能，因此修饰颗粒界面特性，有效调控颗粒间结合，是实现对冷喷涂制备涂
3、现在对于碳化硅颗粒增强铝基复合材料来说，在块体材料表面镀膜的技术已经很成熟，例如：在高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面化学镀、在碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面使用溶胶-凝胶法镀膜等等。而由于微颗粒比表面积和表面能都比较大，微颗粒之间容易团聚，且曲率半径很小，要在碳化硅颗粒表面沉积金属膜是有较大难度的。现在主要使用在碳化硅颗粒表面热还原镀镍以及碳化硅颗粒化学镀镍，但其效率较低。并且对于制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料来说，碳化硅颗粒增强铝基复合涂层制备方法有热喷涂、激光熔覆和化学气相沉积等，热喷涂和激光熔覆的工艺温度极高存在与基质颗粒的异质性、孔隙率和低润湿性相关的问题，例如，由于al4c3的形成，al-sic体系的高温加工受到限制，因为针状晶体由于其脆性而产生裂纹萌生区，因此al4c3具有较差的机械和腐蚀性能。这些方法中，化学气相沉积制备的涂层厚度有限，通常在几十微米以下，涂层沉积速率也相对较慢。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述现有技术存在的不足，公开了一种冷喷涂高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的制备方法，本专利技术通过高温氧化和电镀技术，在碳化硅粉颗粒表面镀镍，获得内核为增强相碳化硅颗粒和壳为延展性金属镍组成的核壳结构粉末，40wt.％微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒和60wt.％铝粉使用优化的球磨工艺，获得了镍包覆碳化硅颗粒均匀分布的铝基复合粉末，避免了增强相碳化硅和基体金属铝结合差以及碳化硅颗粒碰撞碎裂引起的组织缺陷，并基于冷喷涂技术出色的沉积速率、可以避免有害的微观结构变化或氧化，减少热效应等特点，可以提高颗粒-颗粒和颗粒-基体的结合强度、涂层内部的组织均匀性和减少碳化硅碎裂带来的组织缺陷，有利于获得优异抗氧化性能、防腐性能和耐磨损性能的高含量镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层。
2、本专利技术高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法按以下步骤进行：
3、步骤一、在大气条件下，采用马弗炉对碳化硅颗粒进行微氧化处理，碳化硅颗粒表面原位生长出纳米无定形二氧化硅层，得到纳米二氧化硅包覆的碳化硅颗粒；
4、所述微氧化处理包括以下步骤：首先用无水乙醇对碳化硅颗进行超声清洗20-30分钟，后用去离子水超声清洗10-15分钟，最后进行干燥处理；将清洗后的的碳化硅颗粒平铺在坩埚上，并放入马弗炉中，马弗炉升温至1100-1200℃后保温4-6小时，每间隔0.5-1小时向马弗炉内补充空气，最后随炉冷却；
5、步骤二、采用电镀在纳米二氧化硅包覆的碳化硅颗粒表面电镀镍层，获得微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒；
6、步骤三、利用球磨机将微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒和铝粉末进行低能球磨，使微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒均匀分布在铝粉末中，得到混合粉末；
7、所述铝粉末和微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒镍包覆碳化硅颗粒的质量比为1-2:3；
8、所述低能球磨的工艺为：将铝粉末和微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒进行混合后装入球磨罐；将球磨罐抽真空，然后通入氩气，球磨过程为干磨，球料比为3-4:1，球磨转速为150-200r/min，球磨2-4h，球磨罐单向旋转，每球磨0.5-1h停转5-10min，得到混合粉末；
9、步骤四、采用冷喷涂将步骤三获得的混合粉末喷涂在基材上，获得高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层；
10、所述冷喷涂工艺为：对喷涂基材用无水乙醇进行超声清洗5-60min，取出后烘干，再对待喷涂表面进行喷砂处理，处理完后用气枪清理待喷涂表面；将步骤三中获得的混合粉末装入送粉器中，将基材固定后使用喷枪进行冷喷涂，采用氩气作为送粉气，冷喷涂轨迹为s形，喷涂轨迹行间距为2-3mm，喷涂束流与待喷涂表面呈90°，行枪速度为150-200mm/s，枪口与待喷涂表面垂直距离为30-35mm，腔室气压为3.5-4mpa，腔室气体温度为550-600℃，根据需要的涂层厚度喷涂数次；
11、步骤四获得的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层中ni的质量分数为2.46-5.77％。
12、本专利技术原理和有益效果：
13、1、本专利技术采用高温微氧化的方式获得纳米无定形的二氧化硅包覆的碳化硅颗粒，降低微颗粒表面能以及赋予碳化硅颗粒的一定的导电能力，能有效增加碳化硅颗粒对于金属镍的黏附作用，从而提高镀镍后碳化硅和镍层的结合强度，避免后续冷喷涂过程中发生碳化硅颗粒和镍层核壳分离的现象。
14、2、本专利技术采用电镀技术在碳化硅颗粒表面镀镍，由于前期微氧化的作用解决了碳化硅陶瓷颗粒由于不导电而难以沉积的问题，随电镀时间的延长碳化硅颗粒表面镍的粗糙度增大，包覆面积较大，镍与碳化硅颗粒结合强度高，从而有效避免了后续涂层中因碳化硅碰撞碎裂而造成的裂纹等缺陷；并且镍是一种常见的金属元素，镍与铝具有良好的亲和力，能够提高金属基复合材料的润湿性，不会产生界面污染物、缺陷或任何其他分散体。在冷喷涂碳化硅颗粒增强铝基复合涂层中，镍可以作为一种有效的表面涂层或添加剂来优化碳化硅颗粒与铝基体之间的结合界面，并提高复合材料的性能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤一所述微氧化处理包括以下步骤：首先用无水乙醇对碳化硅颗进行超声清洗20分钟，后用去离子水超声清洗15分钟，最后进行干燥处理；将清洗后的的碳化硅颗粒平铺在坩埚上，并放入马弗炉中，马弗炉升温至1100℃后保温6小时，每间隔1小时向马弗炉内补充空气，最后随炉冷却。
3.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤一所述微氧化处理包括以下步骤：首先用无水乙醇对碳化硅颗进行超声清洗25分钟，后用去离子水超声清洗10分钟，最后进行干燥处理；将清洗后的的碳化硅颗粒平铺在坩埚上，并放入马弗炉中，马弗炉升温至1100℃后保温6小时，每间隔1小时向马弗炉内补充空气，最后随炉冷却。
4.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基
5.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤二所述电镀工艺为：电流密度：1.0-1.4A/dm2，温度：50-60℃，时间：1h，pH：3.6-4.8，电镀液的温度不超过95℃，电镀过程每5分钟搅拌电镀液1次，保证碳化硅颗粒表面镍层的均匀性，电镀镍完成后，分离出微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒并用去离子水超声清洗20-30分钟，干燥。
6.根据权利要求5所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：所述电镀液的组成为：氨基磺酸镍450g/L，硼酸40g/L，溴化镍20g/L，十二烷基硫酸钠0.2g/L。
7.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤三所述铝粉末的纯度为99.9％，颗粒为球形，粒径为20-35μm。
8.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤三所述球磨机为行星式球磨机。
9.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤三所述低能球磨的工艺为：将铝粉末和微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒进行混合后装入球磨罐；将球磨罐抽真空，然后通入氩气，球磨过程为干磨，球料比为3:1，球磨转速为200r/min，球磨4h，球磨罐单向旋转，每球磨1h停转10min，得到混合粉末。
10.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤四所述冷喷涂工艺为：对喷涂基材用无水乙醇进行超声清洗30min，取出后烘干，再对待喷涂表面进行喷砂处理，处理完后用气枪清理待喷涂表面；将步骤三中获得的混合粉末装入送粉器中，将基材固定后使用喷枪进行冷喷涂，采用氩气作为送粉气，冷喷涂轨迹为S形，喷涂轨迹行间距为2mm，喷涂束流与待喷涂表面呈90°，行枪速度为200mm/s，枪口与待喷涂表面垂直距离为30mm，腔室气压为4MPa，腔室气体温度为600℃，根据需要的涂层厚度喷涂5次。
...【技术特征摘要】
1.一种高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤一所述微氧化处理包括以下步骤：首先用无水乙醇对碳化硅颗进行超声清洗20分钟，后用去离子水超声清洗15分钟，最后进行干燥处理；将清洗后的的碳化硅颗粒平铺在坩埚上，并放入马弗炉中，马弗炉升温至1100℃后保温6小时，每间隔1小时向马弗炉内补充空气，最后随炉冷却。
3.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤一所述微氧化处理包括以下步骤：首先用无水乙醇对碳化硅颗进行超声清洗25分钟，后用去离子水超声清洗10分钟，最后进行干燥处理；将清洗后的的碳化硅颗粒平铺在坩埚上，并放入马弗炉中，马弗炉升温至1100℃后保温6小时，每间隔1小时向马弗炉内补充空气，最后随炉冷却。
4.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤一所述碳化硅颗粒的纯度为99.9％，颗粒为不规则形，粒径为55-65μm。
5.根据权利要求1所述的高含量微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒增强铝基复合涂层的冷喷涂方法，其特征在于：步骤二所述电镀工艺为：电流密度：1.0-1.4a/dm2，温度：50-60℃，时间：1h，ph：3.6-4.8，电镀液的温度不超过95℃，电镀过程每5分钟搅拌电镀液1次，保证碳化硅颗粒表面镍层的均匀性，电镀镍完成后，分离出微氧化-电镀镍包覆碳化硅颗粒并用去离子水超声...
【专利技术属性】
技术研发人员：巩春志，梁讨丁，田修波，周长壮，郝子硕，张丽霞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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