本发明专利技术提供一种高致密还原性金属涂层的制备方法，包含以下步骤：１）清理基体表面，得到干燥光滑表面；２）对所得的干燥光滑表面进行毛化处理，得到有一定粗糙度的新鲜表面的工件，粗糙度范围为Ｒａ０．１～Ｒａ１０；３）通过喷涂枪加速驱动气体和金属颗粒形成的气固双相流撞击所得的工件表面，得到致密度较低的涂层；４）通过轰击枪加速驱动气体和微锻颗粒形成的气固双相流轰击工件表面，得到高致密涂层。通过本发明专利技术使金属涂层更加致密，涂层致密度达到９９％以上，涂层自身强度增加１０％以上，涂层硬度增加１５％以上。本发明专利技术工艺简单、实施容易、流程短、效率高、适用范围广，因而具备良好的推广及应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面工程领域，涉及冷气动力喷涂技术和超音速颗粒轰击微锻技术， 尤其涉及。
技术介绍
冷气动力喷涂技术是一项全新的金属沉积技术，其原理是利用高压气体携带金属 或合金微粒通过特殊喷嘴加至超音速以上，高速飞行的金属或合金微粒撞击在基板表面， 通过微粒和基板的双重强烈塑性变形实现粘接，形成涂层。冷气动力喷涂的优势在于金属 或合金微粒在温度低于喷涂材料熔点的固态下沉积形成涂层，对粉末颗粒热影响小，制备 的涂层性质基本上与原料性质相同。目前的研究表明冷气动力喷涂技术可以实现包括金属 Al、Cu、Ni、Zn、NiCr等金属或合金的沉积，其最大的特点是可以喷涂易于氧化的还原性金 属，例如Cu及其合金，在冶金工具修复领域具有广阔的应用前景。中国专利，专利公开号CN1781644，“薄带连铸结晶辊修复方法”，提供了 一种结晶辊表面修复及表面再生技术。采用冷气动力喷涂的方法，利用压缩气体携带金属 颗粒以足够高的速度撞击结晶辊的表面，金属颗粒产生足够的变形而发生粘结，再生形成 结晶辊特定几何形状的外表面。中国专利，专利公开号CN1782128，“利用冷喷涂得超合金修补”，提供了 一种用于修补由超合金材料形成的部件的方法，采用冷气动力喷涂技术将超合金材料沉积 到部件表面上，并由此覆盖缺陷。中国专利，专利公开号CN1781623，“连铸结晶制造方法”提供了一种连 铸结晶辊制造方法，首先在结晶辊的辊芯上沿辊芯轴向开进、出水孔，在辊芯壁上开有导水 孔，分别连通进、出水孔及辊芯外表面；在结晶辊的辊芯外表面上安装金属管，分别通过辊 芯壁上的导水孔与进、出水孔连通构成多个冷却回路，形成结晶辊冷却系统；采用冷气动力 喷涂，以大于1. OMI^a压力气体驱动金属颗粒以高速撞击结晶辊辊芯外表面，金属颗粒发生 足够的变形而粘结在结晶辊辊芯表面和冷却回路外表面上，填充孔隙，进而形成足够的涂 层厚度将冷却回路完全掩埋，并形成足够厚度的结晶辊辊套，完成结晶辊的制造。中国专利，专利公开号CN1781643，“结晶器铜板修复方法”，提供了一种 结晶器铜板修复方法，采用气动力喷涂的方法，用高压压缩气体驱动微小金属颗粒以足够 高的速度撞击结晶器需要修复的表面，微小颗粒发生足够的塑性变形而粘结在结晶器的表 面上形成新的表面，填充裂缝或磨损凹槽等。中国专利，专利公开号CN27M775，“薄带连铸结晶辊”，提供了一种薄带 连铸结晶辊，结晶辊辊套采用冷气动力喷涂沉积金属形成。然而，常规冷气动力喷涂涂层往往存在大量的气孔和因颗粒变形不充分形成的缺 陷，涂层致密度低，只能达到85% -95%之间，并且金属涂层中的密闭气孔或缺陷内会储存 一定量的高压气，在后续热处理过程中易膨胀长大，形成较大的缺陷，会大大降低涂层的导 电、导热、耐蚀性能和强度、硬度及耐磨性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高致密度还原性金属涂层的制备方法，工艺简单，容易 实施，流程短，效率高，适应范围广，且微锻颗粒轰击锻造与冷气动力喷涂涂层可同时在线 进行，不需要额外特殊装备，制备过程中只需使用不同种类的喷涂颗粒，即能够在工件整个 表面或局部表面获得高致密度金属涂层，涂层的致密度达到99%以上，远高于传统冷气动 力喷涂法沉积的涂层。本专利技术的目的是这样实现的，包含以下 步骤步骤1 清理基体表面，可以采用机械加工方法，如磨光、抛光，也可以采用化学方 法，如酸洗，得到干燥光滑表面；步骤2 对所得的干燥光滑表面进行毛化处理，得到有一定粗糙度的新鲜表面的 工件，粗糙度范围为RaO. 1 RalO ；步骤3 通过喷涂枪加速驱动气体和金属颗粒形成的气固双相流撞击所得的工件 表面，得到低致密度涂层；步骤4 通过轰击枪加速驱动气体和微锻颗粒形成的气固双相流轰击工件表面， 得到高致密涂层。优选地，所述步骤2的最佳粗糙度范围为Ral. 0 Ra5. 0。在上述步骤中，步骤3中的金属颗粒可以是铝及铝合金、锌及锌合金、锡及锡合 金、铜及铜合金、镍及镍合金、铬及铬合金、钛及钛合金、铁及铁合金、钴及钴合金中的一种 或两种以上合金的混合微粒。金属颗粒可以是球形，也可以是近似球形的其它形状。微粒的粒径范围为1 100 μ m，最佳粒径范围为5 30 μ m，驱动气体温度范围为 25 800°C，驱动气体压力范围为1 5MPa，单层沉积厚度范围为10 500 μ m，最佳单层 沉积厚度范围为80 200 μ m。采用冷气动力喷涂原理，利用喷涂枪加速高压气体与还原性金属或合金微粒组成 的气固双相流，使其速度超过金属涂层沉积所需的临界速度，高速金属或合金微粒撞击工 件表面，沉积形成涂层，此时涂层内部存在较多空隙，致密度较低。在喷涂过程中，喷涂枪出口与工件间距范围为10 60mm，最佳间距范围为25 45mm。步骤4中的微锻颗粒为金属颗粒硬度的1. 5倍以上，这里的微锻颗粒可以是氧化 铝、氧化钛、氧化锆、氧化钇、二氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化钨、金刚石，也可以是 硬铬、钨合金、高速钢、高温合金、钽合金、非晶态合金中的一种或两种以上混合微粒。微锻 颗粒为球形，粒度偏差不超过10%。微粒的粒径范围为10 2000 μ m,最佳粒径范围为50 500 μ m,驱动气体温度范 围为25 800°C，驱动气体压力范围为0. 5 3MPa，轰击密度50 50000个/mm2。最佳微 锻温度范围为0. 3-0. 6Tm，Tffl为所制备涂层金属的熔点；最佳微锻变形层范围为1-1. 5HC, Hc 为单道次涂层制备厚度。利用轰击枪加速高压气体和微锻颗粒组成的气固双相流，使微锻颗粒获得很高的 动能，正面反复轰击已沉积涂层，微锻颗粒对涂层实现高频微区锻造，使涂层材料发生强烈塑性变形，变形过程中涂层内部孔洞、气包等缺陷受微锻颗粒冲击而融合、消失，从而得到 高致密涂层；在喷涂过程中，轰击枪出口与工件间距范围为10 150mm，最佳间距范围为40 60mmo优选地，所述喷涂枪和轰击枪平行且位于同一水平线上，轰击枪位于喷涂枪之后， 喷涂枪和轰击枪做线性运动，工件做旋转运动优选地，喷涂枪和轰击枪同时进行或间断进行。在高致密还原性金属涂层的制备过程的步骤4中高致密涂层可进行去应力退火处理，也可不进行退火处理；退火工艺可在单道次 涂层制备过程中进行，也可以在涂层制备完成后进行。本专利技术由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效 果(1)所得的金属涂层更加致密，涂层致密度达到99%以上，远高于传统冷气动力 喷涂法沉积的涂层；(2)所得金属涂层材料晶粒更加细小，涂层自身强度增加10%以上，涂层硬度增 加15%以上；(3)所得金属涂层导热、导电性提高5%以上；(4)涂层沉积和微锻可同时在线完成，不需要特殊设备，效率较高；(5)金属涂层热处理条件大大降低，通过适当的热处理，消除涂层内部应力，调整 涂层内部组织，可进一步提升涂层的致密度和使用性能。以下结合附图和具体实施例来对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为高速颗粒微锻辅助冷气动力喷涂原理。图2常规冷气动力喷涂CrfrCu合金涂层金相图。图3高致密冷气动力喷涂CrfrCu合金涂层金相图。图4常规冷气动力喷涂Ni合金涂层金相图。图5高致密冷气动力喷涂Ni合金涂层金相图。图中1-工件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高致密还原性金属涂层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：步骤１：清理基体表面，得到干燥光滑表面；步骤２：对所得的干燥光滑表面进行毛化处理，得到有一定粗糙度的新鲜表面的工件，粗糙度范围为Ｒａ０．１～Ｒａ１０；步骤３：通过喷涂枪加速驱动气体和金属颗粒形成的气固双相流撞击所得的工件表面，得到致密度较低的涂层；金属颗粒为球状或近似球状的其他形状，微粒的粒径范围为１～１００μｍ，驱动气体温度范围为２５～８００℃，驱动气体压力范围为１～５ＭＰａ，单层沉积厚度范围为１０～５００μｍ，喷涂枪出口与工件间距范围为１０～６０ｍｍ；步骤４：通过轰击枪加速驱动气体和微锻颗粒形成的气固双相流轰击工件表面，得到高致密涂层；微锻颗粒为球状，粒度偏差不超过１０％，硬度为金属颗粒硬度的１．５倍以上；微锻颗粒的粒径范围为１０～２０００μｍ，驱动气体温度范围为２５～８００℃，驱动气体压力范围为０．５～３ＭＰａ，轰击密度５０～５００００个／ｍｍ↑［２］，轰击枪出口与工件间距范围为１０～１５０ｍｍ；微锻温度范围为０．３－０．６Ｔ↓［ｍ］，Ｔ↓［ｍ］为所制备涂层金属的熔点；微锻变形层范围为１－１．５Ｈ↓［Ｃ］，Ｈ↓［Ｃ］为单道次涂层制备厚度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁永立，张俊宝，张宇军，史弼，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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