CN105734553A - 一种银涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银涂层的制备方法包括如下步骤：1)对基体材料进行喷砂处理后，进行清洗并干燥；2)喷涂功能层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动高纯银粉末或者高纯银粉末与陶瓷粉末的混合粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，形成涂层；3)表面抛光或者机加工处理。该方法可以有效避免电镀银涂层产生的含氰镀液环境污染的问题，涂层颗粒之间的内聚强度高，涂层与基体界面部分为冶金结合，附着力高，涂层厚度可达到4mm，大大提高了涂层的应用范围，可以解决航空航天以及新能源行业等领域的技术难题，涂层表面功能层强度高，可进行机加工处理。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料涂层的制备方法，尤其涉及一种银涂层的制备方法。
背景技术
纯银为银白色，具有面心立方晶格，是一种可锻、可塑的贵金属。银的延展性仅次于金，其导电性和热传性在所有的金属中都是较高的，同时银的化学稳定性仅次于金和铂族元素，具有优异的耐腐蚀性能，但是同时银作为一种贵金属，成本较高，因此很多产品都采用了在表面增加银涂层的方式，银涂层的制备通常采用电镀工艺制备，一方面，银和银合金镀液大多数是含有剧毒氰化物的碱性镀液，对环境和操作人员造成极大的危害，同时，由于电镀工艺的限制，镀银层的厚度一般不能超过0.08mm，超出这个厚度就会出现银层的爆裂及脱落问题，这使得镀银的应用范围受到一定的局限性，而且由于镀银层与镀银基材的结合强度低，使得镀银后的产品稳定性差，增加了产品的更换和维护成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种银涂层的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种银涂层的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)对基体材料进行喷砂处理后，进行清洗并干燥，使基体表面清洁度不低于Sa2，粗糙度不低于Ry60；
2)喷涂功能层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动高纯银粉末或者高纯银粉末与陶瓷粉末的混合粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层；
3)表面抛光或者机加工处理。
进一步的，在步骤2)之前，喷涂结构层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动高纯银粉末与陶瓷粉末的混合粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层。
进一步的，在步骤1)之后，喷涂打底层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动镍粉或者镍合金粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层。
进一步的，喷涂打底层时，所述工作气体的温度为400～800摄氏度，压力为1.2-3.5MP，所述送粉气体的温度为200-600摄氏度，压力为1.4-3.7MP。
进一步的，喷涂结构层时，所述工作气体的温度为200～800摄氏度，压力为0.5-3.5MP，所述送粉气体的温度为20-600摄氏度，压力为0.7-3.7MP，所述纯银粉末粒子的直径范围为0.5-60μm。
进一步的，喷涂功能层时，所述工作气体的温度为200～800摄氏度，压力为0.5-3.5MP，所述送粉气体的温度为20-600摄氏度，压力为0.7-3.7MP，所述纯银粉末粒子的直径范围为0.5-60μm。
进一步的，所述陶瓷粉末包含但不限于：氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅和二氧化钛粉末，所述陶瓷粉末的粒度分布范围为140-3000目。
进一步的，所述高纯银粉末与陶瓷粉末混合而成的混合粉末中，所述高纯银粉末的质量百分数为10％～90％，所述陶瓷粉末的质量百分数为10％～90％。
进一步的，所述喷枪的出口到基体表面的距离为3-35mm，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在90°且相对移动速度为5-300mm/s；所述工作气体通过拉瓦尔管加速，产生超声速气流形成加速气体，同时原材料粉末通过送粉气体送入加速气流中形成超声速气-固两相流，使原材料粉末在完全固态下高速撞击基材表面，产生强烈的塑性变形而沉积，从而与基材结合形成涂层。
本发明还提供了一种银涂层，所述涂层根据上述任一权利要求所述的方法制备得到。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：
1)该方法可以有效避免电镀银涂层产生的含氰镀液环境污染的问题；
2)涂层颗粒之间的内聚强度高，涂层与基体界面部分为冶金结合，附着力高；
3)多道次喷涂后，涂层厚度可达到4mm，大大提高了涂层的应用范围，可以解决航空航天以及新能源行业等领域的技术难题；
4)涂层表面功能层为压应力下呈部分非晶状态的纯银或者纯银与陶瓷粉末组成的混合涂层，功能层强度高，可进行机加工处理。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
一种银涂层的制备方法，含打底层，结构层，功能层，其制备步骤如下：
1)喷涂前处理：采用30目氧化铝对304不锈钢基材工件表面进行喷砂处理后，用丙酮对其表面进行清洗后干燥，使工件表面清洁度达到Sa2.5，粗糙度达到Ry80；
2)打底层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为3mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以500目纯镍粉为打底层涂层原材料，使用空气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至3.5MP，调整工作气体温度至800摄氏度，调整载气气体温度至600摄氏度，调整载气气压至3.7MP；设定喷枪移动速度为5mm/s，打开送粉器开关，使打底层原材料粉末在304不锈钢基材表面沉积形成打底涂层。经测量：打底涂层厚度为0.52～0.67mm；
3)结构层喷涂：调整喷枪高度，使得喷枪的出口到打底层表面的距离为35mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末与二氧化锆粉末的混合粉末作为结构层涂层原材料，其中高纯银粉末粒径分布范围为40-60um，二氧化锆粉末粒径为140目，高纯银粉末的质量百分数为70％，二氧化锆粉末的质量百分数为30％，使用空气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至3.5MP，调整工作气体温度至800摄氏度，调整载气气压至3.7MP，调整载气气体温度至600摄氏度；设定喷枪移动速度为70mm/s，打开送粉器开关，使结构层原材料粉末在打底层表面沉积形成结构涂层。经测量：结构涂层厚度为0.24～0.35mm；
4)功能层喷涂：调整喷枪高度，使得喷枪的出口到结构涂层的距离为35mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末作为功能层涂层原材料，其中高纯银粉末为粒径分布40-60um的球形粉末，使用空气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至2.5MP，调整工作气体温度至800摄氏度，调整载气气压至3.7MP，调整载气气体温度至600摄氏度；设定喷枪移动速度为200mm/s，打开送粉器开关，使功能层原材料粉末在结构层表面沉积形成涂层。经测量：功能涂层厚度为0.21～0.27mm，孔隙率低于1.6％，表面硬度HV107～121，涂层结合强度高于30兆帕；
5)涂层后处理：取出工件，降至室温后对涂层部件的外表面进行车光处理。经测量：其表面粗糙度值为Ra1.6。
实施例2
一种银涂层的制备方法，含打底层，结构层，功能层，其制备步骤如下：
1)喷涂前处理：采用20目碳化硅对316L不锈钢基材工件表面进行喷砂处理后，用丙酮对其表面进行清洗后干燥，使工件表面清洁度达到Sa2.0，粗糙度达到Ry180；
2)打底层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为35mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以325目镍硼硅合金粉末为打底层涂层原材料，使用氮气与氦气的混合气体作为工作气体与载气，氮气的体积百分比为85％，氦气的体积百分比为15％。调整工作气体气压至1.2MP，调整工作气体温度至400摄氏度，调整载气气压至1.4MP，调整载气气体温度至200摄氏度；设定喷枪移动速度为300mm/s，打开送粉器开关，使打底层原材料粉末在316L不锈钢基材表面沉积形成打底涂层。经测量：打底涂层厚度为0.14～0.23mm；
3)结构层喷涂：调整喷枪高度，使得喷枪的出口到打底层表面的距离为3mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末与碳化硅粉末的混合粉末作为功能层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为0.5-5um，碳化硅粉末的粒径为3000目，高纯银粉末的质量百分数为10％，碳化硅粉末的质量百分数为90％，使用氮气与氦气的混合气体作为工作气体与载气，氮气的体积百分比为85％，氦气的体积百分比为15％。调整工作气体气压至0.5MP，调整工作气体温度至200摄氏度，调整载气气压至0.7MP，调整载气气体温度至20摄氏度；设定喷枪移动速度为300mm/s，打开送粉器开关，使结构层原材料粉末在基材表面沉积形成涂层。经测量：结构涂层厚度为0.11～0.18mm；
4)功能层喷涂：调整喷枪高度，使得喷枪的出口到结构涂层的距离为3mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末作为功能层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为0.5-5um，使用氮气与氦气的混合气体作为工作气体与载气，氮气的体积百分比为85％，氦气的体积百分比为15％。调整工作气体气压至1.2MP，调整工作气体温度至400摄氏度，调整载气气压至1.4MP，调整载气气体温度至200摄氏度；设定喷枪移动速度为300mm/s，打开送粉器开关，使功能层原材料粉末在结构层表面沉积形成涂层。经测量：功能涂层厚度为0.15～0.21mm，孔隙率低于1.3％，表面硬度HV110～125，涂层结合强度高于37兆帕；
5)涂层后处理：取出工件，降至室温后对涂层部件的外表面进行磨光处理。经测量：其表面粗糙度值为Ra0.8。
实施例3
一种银涂层的制备方法，含功能层，其制备步骤如下：
1)喷涂前处理：采用325目二氧化硅对无氧铜基材工件表面进行喷砂处理后，用丙酮对其表面进行清洗后干燥，使工件表面清洁度达到Sa3.0，粗糙度达到Ry60；
2)功能层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为3mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末与二氧化钛粉末的混合粉末作为结构层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为0.5-5um，二氧化钛粉末的粒径为3000目，高纯银粉末的质量百分数为90％，二氧化钛粉末的质量百分数为10％，使用氦气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至0.5MP，调整工作气体温度至200摄氏度，调整载气气压至0.7MP，调整载气气体温度至20摄氏度；设定喷枪移动速度为5mm/s，打开送粉器开关，使功能层原材料粉末在基体表面沉积形成涂层。经测量：功能涂层厚度为0.25～0.34mm，孔隙率低于0.9％，表面硬度HV130～145，涂层结合强度高于40兆帕；
3)涂层后处理：取出工件，降至室温后对涂层部件的外表面进行车光处理。经测量：其表面粗糙度值为Ra1.6。
实施例4
一种银涂层的制备方法，含结构层，功能层，其制备步骤如下：
1)喷涂前处理：采用325目二氧化硅对紫铜基材工件表面进行喷砂处理后，用丙酮对其表面进行清洗后干燥，使工件表面清洁度达到Sa3.0，粗糙度达到Ry60；
2)结构层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为15mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末与二氧化硅粉末的混合粉末作为结构层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为20-40um，二氧化硅粉末的粒径为500目，高纯银粉末的质量百分数为90％，二氧化硅粉末的质量百分数为10％，使用氮气作为工作气体与载气，调整工作气体气压至3.5MP，调整工作气体温度至500摄氏度，调整载气气压至3.7MP，调整载气气体温度至300摄氏度；设定喷枪移动速度为200mm/s，打开送粉器开关，使结构层原材料粉末在基体表面沉积形成涂层。经测量：结构层厚度为0.21～0.30mm；
3)功能层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为25mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末与二氧化硅粉末的混合粉末作为结构层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为5-25um，二氧化硅粉末的粒径为1000目，高纯银粉末的质量百分数为90％，二氧化硅粉末的质量百分数为10％，使用氮气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至2.5MP，调整工作气体温度至500摄氏度，调整载气气压至2.7MP，调整载气气体温度至300摄氏度；设定喷枪移动速度为270mm/s，打开送粉器开关，使结构层原材料粉末在基体表面沉积形成涂层。经测量：功能涂层厚度为0.14～0.23mm，孔隙率低于1.1％，表面硬度HV125～145，涂层结合强度高于40兆帕；
4)取出工件，降至室温后对涂层部件的外表面进行磨光处理。经测量：其表面粗糙度值为Ra0.8。
实施例5
一种银涂层的制备方法，含打底层，功能层，其制备步骤如下：
1)喷涂前处理：采用20目碳化硅对碳钢基材工件表面进行喷砂处理后，用丙酮对其表面进行清洗后干燥，使工件表面清洁度达到Sa2.0，粗糙度达到Ry180；
2)打底层喷涂：将工件置于工作台上，调整喷枪高度，使得喷枪的出口到基体表面的距离为35mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以325目镍硼硅合金粉末为打底层涂层原材料，使用氮气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至2.5MP，调整工作气体温度至600摄氏度，调整载气气压至2.7MP，调整载气气体温度至400摄氏度；设定喷枪移动速度为180mm/s，打开送粉器开关，使打底层原材料粉末在碳钢基材表面沉积形成打底涂层。经测量：打底涂层厚度为0.17～0.26mm；
3)功能层喷涂：调整喷枪高度，使得喷枪的出口到结构涂层的距离为3mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角为90°，以高纯银粉末作为功能层涂层原材料，其中高纯银粉末的粒径分布为20-40um，使用氮气作为工作气体与载气。调整工作气体气压至3.0MP，调整工作气体温度至500摄氏度，调整载气气压至3.2MP，调整载气气体温度至300摄氏度；设定喷枪移动速度为140mm/s，打开送粉器开关，使功能层原材料粉末在结构层表面沉积形成涂层。经测量：功能涂层厚度为0.26～0.31mm，孔隙率低于1.4％，表面硬度HV112～128，涂层结合强度高于34兆帕；
5)涂层后处理：取出工件，降至室温后对涂层部件的外表面进行车光处理。经测量：其表面粗糙度值为Ra1.6。
以上通过实施例对本发明的进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种银涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
1)对基体材料进行喷砂处理后，进行清洗并干燥，使基体表面清洁度不低于Sa2，粗糙度不低于Ry60；
2)喷涂功能层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动高纯银粉末或者高纯银粉末与陶瓷粉末的混合粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层；
3)表面抛光或者机加工处理。
2.根据权利要求1所述的银涂层的制备方法，其特征在于：
在步骤2)之前，喷涂结构层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动高纯银粉末与陶瓷粉末的混合粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层。
3.根据权利要求1或2所述的银涂层的制备方法，其特征在于：
在步骤1)之后，喷涂打底层：采用空气或氦气或氮气或氮气与氦气的混合气体作为工作气体和送粉气体，带动镍粉或者镍合金粉末在固态下以极高的速度碰撞基材外表面，使原材料粉末颗粒发生强烈的塑性变形而沉积至基材外表面形成涂层。
4.根据权利要求3所述的银涂层的制备方法，其特征在于：
喷涂打底层时，所述工作气体的温度为400～800摄氏度，压力为1.2-3.5MP，所述送粉气体的温度为200-600摄氏度，压力为1.4-3.7MP。
5.根据权利要求2所述的银涂层的制备方法，其特征在于：喷涂结构层时，所述工作气体的温度为200～800摄氏度，压力为0.5-3.5MP，所述送粉气体的温度为20-600摄氏度，压力为0.7-3.7MP，所述纯银粉末粒子的直径范围为0.5-60μm。
6.根据权利要求1所述的银涂层的制备方法，其特征在于：喷涂功能层时，所述工作气体的温度为200～800摄氏度，压力为0.5-3.5MP，所述送粉气体的温度为20-600摄氏度，压力为0.7-3.7MP，所述纯银粉末粒子的直径范围为0.5-60μm。
7.根据权利要求1或2所述的银涂层的制备方法，其特征在于：所述陶瓷粉末包含但不限于：氧化铝，碳化硅，二氧化锆，二氧化硅和二氧化钛粉末，所述陶瓷粉末的粒度分布范围为140-3000目。
8.根据权利要求1或2所述的银涂层的制备方法，其特征在于：所述高纯银粉末与陶瓷粉末混合而成的混合粉末中，所述高纯银粉末的质量百分数为10％～90％，所述陶瓷粉末的质量百分数为10％～90％。
9.根据权利要求1所述的银涂层的制备方法，其特征在于：所述喷枪的出口到基体表面的距离为3-35mm，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在90°且相对移动速度为5-300mm/s；所述工作气体通过拉瓦尔管加速，产生超声速气流形成加速气体，同时原材料粉末通过送粉气体送入加速气流中形成超声速气-固两相流，使原材料粉末在完全固态下高速撞击基材表面，产生强烈的塑性变形而沉积，从而与基材结合形成涂层。
10.一种银涂层，其特征在于：所述涂层根据上述任一权利要求所述的方法制备得到。
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