本发明专利技术属于涂层材料领域，具体涉及一种提高真空等离子体喷涂钨涂层结合强度的方法。本发明专利技术中的方法为采用Cu-Mo复合涂层作为W涂层与铜合金基材间的中间层，且所述中间层的厚度为50-200μm。利用本发明专利技术提供的方法，通过工艺参数的控制可使制备的W涂层与铜合金基材间的结合强度达到40MPa以上，同时含中间层的涂层具有结构均匀、热导率高、工艺制备过程简单的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层材料领域，具体涉及一种提高真空等离子体喷涂钨 涂层结合强度的方法。
技术介绍
钨是一种难熔的稀有金属材料，具有高熔点、高沸点、高硬度、低的热膨胀系数的物理性能和化学性质稳定等特点。因其特殊的物理和化学性能，钨被广泛地应用于电子、冶金、石油、航天等领域。随着核聚变研究的发展，用于聚变装置的材料亦成为聚变研究的关键问题之一。其中与等离子体直接接触的材料被称为面对等离子体材料(Plasma-facing material, PFM)，需要直接承受高热通量、高能粒子辐照、机械与热应力腐蚀等多种苛刻作用。钨材料具有高熔点、高热导、高物理溅射阈值和无化学溅射等优良性能，被认为是最有希望的面对等离子体材料0但钨材料存在加工性能差、力学强度不高等缺点，使其在工程应用上受到一定的限制。以铜合金热沉材料为基材在其表面制备钨涂层，是解决这一问题的有效方案。钨涂层的制备方法主要有化学气相沉积(Chemical vapor exposition，CVD)、物理气相沉积(Physical vapor deposition, PVD)和等离子体喷涂(Plasma spraying, PS) 等。相比较CVD和PVD方法，等离子体喷涂技术具有可制备厚涂层(大于0. 5mm)、适合大面积制造、经济性良好等优点，同时制备的涂层还具有厚度可控、气孔率较低等特点。因此，等离子体喷涂方法被认为是最有前景的钨涂层制备方法。以铜合金热沉材料为基体制备钨涂层有两个方面的要求，一是涂层的热导率高， 另一方面是涂层与基体材料的结合良好。采用真空等离子体喷涂技术，通过工艺优化，制备的涂层气孔率低，且避免了在大气环境喷涂过程中的氧化现象，杂质含量低，具有较高的热导率。但钨涂层与铜合金基材间的热膨胀系数存在明显差异。涂层与基材之间的热膨胀系数失配，导致喷涂过程中热应力在二者界面处集中，影响涂层与基材的结合。有人采用Cu-W梯度过渡层(Cu与W粉质量比分别为1 1， 1 2，1 3)在铜合金表面制备真空等离子体喷涂钨涂层，提高了钨涂层和铜合金基材的结合性能，可达40MPa。但该方法需要制备多层过渡层才能达到明显效果，工艺过程复杂，易于导致涂层的杂质含量增加。同时，钨的密度和铜的密度差异显著，喷涂工艺参数较难控制，所制备的Cu-W中间层结构不均勻，结合性能不够稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题，其特征在于，在钨涂层与铜合金基材间采用Cu(铜)-Mo(钼)复合中间层。所述Cu-Mo复合中间层是指将铜粉和钼粉按比例混合后，经真空等离子体喷涂在铜合金基材表面形成的涂层。所述钨涂层是指将钨粉经真空等离子体喷涂在Cu-M0复合中间层表面形成的涂层。较佳的，所述铜粉的粒径为20 100 μ m,所述钼粉的粒径为10 80 μ m,所述钨粉的粒径为10 70μπι。优选的，以所述Cu-Mo复合中间层的总质量计，所述铜的质量百分比为10% 50%，所述钼的质量百分比为50% 90%。进一步优选的，所述Cu-Mo复合中间层的厚度为50 200微米，所述钨涂层的厚度为200 1000微米。优选的，所述含提高真空等离子体喷涂钨涂层结合强度的方法包括如下步骤1)铜粉和钼粉按比例配料后混合均勻；2)喷涂时，将铜合金基材进行清洗、喷砂等预处理，采用真空等离子体喷涂方法制备一层厚度为50 200微米的Cu-Mo复合涂层，然后再喷涂一层厚度为200 1000微米的钨涂层，即可得到含有Cu-Mo复合中间层的钨涂层。较佳的，步骤1)中，所述铜粉的粒径为20 100 μ m，所述钼粉的粒径为10 80 μ m,所述钨粉的粒径为10 70 μ m。优选的，步骤幻中，所述Cu-Mo复合涂层的等离子体喷涂工艺参数为等离子体气体Ar的流量为30 50slpm(标准升/分钟)，等离子体气体H2的流量为6 lklpm，喷涂功率为30 50kW，喷涂压力为100 400mbar，粉末载气Ar的流量为2 7slpm，喷涂距离为150 350mm，送粉速率为8 !35g · mirT1。优选的，步骤2)中，所述钨涂层的等离子体喷涂工艺参数为等离子体气体Ar的流量为30 50slpm(标准升/分钟)，等离子体气体H2的流量为6 lklpm，喷涂功率为 35 60kW，喷涂压力为100 900mbar，粉末载气Ar的流量为2 8slpm，喷涂距离为150 350mm，送粉速率为5 35g · mirT1。本专利技术的原理参考如下几方面1、钼的线性热膨胀系数介于钨和铜合金之间，与钨比较接近。图1中显示了钼、钨、 铜三种材料线性热膨胀系数的比较。采用Cu-Mo复合涂层作为中间层，可通过设计Cu和Mo元素的组分配比改变Cu-Mo复合涂层的线性热膨胀系数，缓和钨涂层与铜合金基材之间热膨胀系数失配问题，减少热应力集中，提高涂层的结合强度。2、钼的热导率较高，与钨的热导率很接近，图2显示了钼、钨、铜三种材料的热导率随温度的变化。采用Cu-Mo复合涂层作为中间层具有优良的热导率，有利于热通量的散失，减少热应力的集中。3、钼的密度和铜合金比较接近，图3显示了钼、钨、铜三种材料的密度比较。这有利于喷涂工艺参数的控制，制备的中间层组分和显微结构较为均勻。4、钼和钨，均属于元素周期表第VI副族元素，具有良好的化学相容性，为改善钨涂层与铜合金基材之间的结合提供了保证。图4所示的示意图为本专利技术的构思。喷涂前，将一定组成的铜粉和钼粉混合均勻， 备用。喷涂时，将铜合金基材进行清洗、喷砂等预处理，采用真空等离子体喷涂方法制备一层Cu-Mo复合涂层，然后再进行钨涂层的喷涂，即可得到含有Cu-Mo复合中间层的钨涂层。本专利技术提供了一种提高真空等离子体喷涂钨(W)涂层结合强度的方法。利用本专利技术提供的方法，通过工艺参数的控制可使制备的W涂层与铜合金基材间的结合强度达到 40MPa以上，同时含中间层的涂层具有结构均勻、热导率高、工艺制备过程简单的特点。附图说明图1为钼、钨、铜三种材料线性热膨胀系数随温度的变化。图2为钼、钨、铜三种材料的热导率随温度的变化。图3为钼、钨、铜三种材料的密度比较。图4为含有Cu-Mo复合中间层的钨涂层示意图。图5为实施例1所制备的含质量比30% Cu-70% Mo复合中间层的钨涂层结合强度图中左面方框为不含中间层的钨涂层的结合强度值，右面方框为含有30% Cu-70% Mo 复合中间层的钨涂层的结合强度值。图6为实施例2所制备的含质量比50% Cu-50% Mo复合中间层的钨涂层结合强度图中左面方框为不含中间层的钨涂层的结合强度值，右面方框为含有50% Cu-50% Mo 复合中间层的钨涂层的结合强度值。具体实施例方式下面通过具体实施例进一步描述本专利技术的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下面通过实施例进一步阐明本专利技术的特点和效果。绝非限制本专利技术。实施例1 采用粒径为30-60 μ m的钼粉和10_70 μ m的铜粉，按铜粉和钼粉质量比为30% 70%混合均勻，作为中间层喷涂用粉末。采用粒径为5-50 μ m的钨粉作为钨涂层喷涂粉体。以经过喷砂处理、酒精超声清洗的铜合金作为基体材料。将真空室的真空度降本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种提高真空等离子体喷涂钨涂层结合强度的方法，其特征在于，该方法在钨涂层与铜合金基材间采用Ｃｕ－Ｍｏ复合中间层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：牛亚然，郑学斌，季珩，黄利平，丁传贤，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31
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