CN107058997A - 低压冷气动力喷涂用铜基粉末及制备方法 - Google Patents
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Abstract
低压冷气动力喷涂用铜基粉末及制备方法，按质量百分比计，粉末的组分为：Cu粉80‑90%，Al2O3粉10%‑20%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该Cu基粉末使用的Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10‑50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。制备方法的步骤为：（1）选取粒度范围为10‑50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；（2）将粉体材料烘干；（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用铜基粉末。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备领域，具体涉及低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备技术。
背景技术
冷气动力喷涂根据使用压缩气体的压力可以分为高压冷气动力喷涂与低压冷气动力喷涂。高压冷气动力喷涂使用的压缩气体压力为15个大气压以上，低压冷气动力喷涂使用的压缩空气为10个大气压以下。高压冷气动力喷涂制备过程中气体压力大，粉末沉积形成涂层的效果好、能力强，可以制备任意厚度的涂层。因为高压冷气动力喷涂对高压的需求，造成高压冷气动力喷涂设备昂贵、喷涂工装投资大、涂层制备成本高。相比之下，低压冷气动力喷涂设备小、造价低，涂层制备成本低；因此低压冷气动力喷涂技术具有很大的商业竞争能力与发展前景。
冷气动力喷涂制备涂层的过程中存在着粉体颗粒在基体表面的沉积与粉体颗粒对基体表面的冲蚀两种效应。当粉体颗粒的沉积效应大于粉体颗粒的冲蚀效应时，基体表面会沉积一层涂层；当粉体颗粒的冲蚀效应大于粉体颗粒的沉积效应时，基体表面会形成粗糙的冲蚀面，不会有涂层形成。当粉体颗粒速度超过一个速度临界值的时候，粉体在基体上会表现出沉积效应；当粉体颗粒速度小于这个临界值的时候，粉体颗粒表现出来的使冲蚀效应。低压冷气动力喷涂使用的气体压力小，粉体颗粒在气流中获得的能量比高压冷气动力喷涂的小，粉末颗粒撞击基体的瞬时速度小；而粉体颗粒撞击基体时的速度小造成粉体在基体表面更容易出现冲蚀效应，最终导致涂层厚度上不去，或者无法形成有效的涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种低压冷气动力喷涂用铜基粉末及其制备方法。
本发明是低压冷气动力喷涂用铜基粉末及制备方法，其低压冷气动力喷涂用铜基粉末，按质量百分比计，其组分为：
Cu粉80-90%，Al2O3粉 10%-20%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该Cu基粉末使用的Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
以上所述的低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备方法，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
或者（2）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
（3）将粉体材料烘干；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用铜基粉末。
本发明的有益效果是：本发明所得的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末有很好的低压冷气动力喷涂的性能；使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末，在普通钢材、铜合金和铝合金等基体上进行低压冷气动力喷涂，涂层厚度可以超过10mm。本发明所得的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末可以用于低压冷喷涂修复或制造零件，为零件的修复与制造带来方便且能节约成本。例如，使用本发明所得的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末可以对汽车的缸体、密封阀进行低压冷气动力喷涂制备或者修复，提高汽车缸体或密封阀的耐腐蚀性能，增加其使用寿命，降低缸体与密封阀的制备或维修成本；还可以在高动力的发动机缸体上面应用低压冷喷涂技术制备铜涂层，铜基低压冷气动力喷涂涂层可以很好的将煤油燃烧所带来的热量及时传递出来,减少热量的聚集给发动机缸体带来的危害，增加缸体的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例中低压冷气动力喷涂用铜基粉末的形貌图，图2为LY12铝合金基体上低压冷气动力喷涂铜基涂层的截面图，图3为T2紫铜基体上低压冷气动力喷涂铜基涂层的截面图，图4为45#钢基体上低压冷气动力喷涂铜基涂层的截面图。
具体实施方式
本发明是低压冷气动力喷涂用铜基粉末及制备方法，其低压冷气动力喷涂用铜基粉末，按质量百分比计，其组分为：
Cu粉80-90%，Al2O3粉 10%-20%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该Cu基粉末使用的Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
以上所述的低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备方法，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
或者（2）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
（3）将粉体材料烘干；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用铜基粉末。
如图1所示，为本发明实施例中低压冷气动力喷涂用Cu基粉末的形貌图。
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：在此实施例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用铜基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：
Cu粉87%，Al2O3粉 13%；且Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用Cu基粉末的制备方法，包括如下步骤：
S1、选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
S2、将粉体材料烘干；
S3、将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用Cu基粉末；上述步骤中的S2与S3可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用Cu基粉末的制备与性能。
本具体实施配方中铜粉是形状为非球形的电解铜粉，非球形的铜粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形铜粉颗粒会获得更多的牵引力，这会使非球形铜粉颗粒的飞行速度大于球形铜粉颗粒的飞行速度。较大的铜粉颗粒飞行速度，会让铜粉颗粒更容易产生塑性变形、更容易沉积在基体表面。
本具体实施配方中α相Al2O3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让铜粉颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其硬度大于铜粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进铜粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。
使用本发明提供的低压冷喷涂用Cu基粉末在LY12铝合金基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图2所示。图2的左边为LY12铝合金基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂Cu基涂层。在图2中基体与涂层之间有明显的界面；涂层致密，没有明显的孔隙。图2中低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的电解铜粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的电解铜粉形貌；低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的α相Al2O3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相Al2O3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用Cu基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相Al2O3粉末颗粒可以促进电解铜粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。
实施例2：在此实施例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用铜基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：
Cu粉85%，Al2O3粉 15%；且Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备方法，包括如下步骤：
S1、选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
S2、将粉体材料烘干；
S3、将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用Cu基粉末；上述步骤中的S2与S3可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用Cu基粉末的制备与性能。
本具体实施配方中铜粉是形状为非球形的电解铜粉，非球形的铜粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形铜粉颗粒会获得更多的牵引力，这会使非球形铜粉颗粒的飞行速度大于球形铜粉颗粒的飞行速度。较大的铜粉颗粒飞行速度，会让铜粉颗粒更容易产生塑性变形、更容易沉积在基体表面。
本具体实施配方中α相Al2O3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让铜粉颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其硬度大于铜粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进铜粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。
使用本发明提供的低压冷喷涂用Cu基粉末在T2紫铜基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图3所示。图3的左边为T2紫铜基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂Cu基涂层。在图3中基体与涂层之间没有明显的界面，这是因为涂层与基体的主要组成元素都是Cu；涂层中存在分布均匀的α相Al2O3粉末颗粒，可以由此分辨出哪里是基体，哪里是涂层部分。图3中低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的电解铜粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的电解铜粉形貌；低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的α相Al2O3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相Al2O3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用Cu基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相Al2O3粉末颗粒可以促进电解铜粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。
实施例3：在此实施例中，本发明提供的低压冷气动力喷涂用铜基粉末，由以下质量百分比的原料制备而成：
Cu粉83%，Al2O3粉 17%；且Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
本发明实例还提供了上述低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备方法，包括如下步骤：
S1、选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
S2、将粉体材料烘干；
S3、将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用Cu基粉末；上述步骤中的S2与S3可以交换顺序，并不影响低压冷气动力喷涂用Cu基粉末的制备与性能。
本具体实施配方中铜粉是形状为非球形的电解铜粉，非球形的铜粉颗粒在低压冷气动力喷涂的气流中相比球形铜粉颗粒会获得更多的牵引力，这会使非球形铜粉颗粒的飞行速度大于球形铜粉颗粒的飞行速度。较大的铜粉颗粒飞行速度，会让铜粉颗粒更容易产生塑性变形、更容易沉积在基体表面。
本具体实施配方中α相Al2O3粉末是多边形的颗粒。多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其形状，在喷涂过程中，可以使粉末颗粒沉积界面保持较大的粗糙度，这可以让铜粉颗粒与沉积表面产生良好的机械结合，提高涂层沉积的厚度。同时，多边形的α相Al2O3粉末颗粒由于其硬度大于铜粉颗粒，在低压冷气动力喷涂过程中，可以促进铜粉颗粒的塑性变形，减少涂层中的孔隙，提高涂层内部的结合强度。
使用本发明提供的低压冷喷涂用Cu基粉末在45#钢基体上制备厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，涂层截面如图4所示。图4的左边为45#钢基体，右边是使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末制备得到的低压冷气动力喷涂Cu基涂层。在图4中基体与涂层之间有明显的界面；涂层致密，没有明显的孔隙。图4中低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的电解铜粉变形良好，在涂层中完全看不出原有的电解铜粉形貌；低压冷气动力喷涂用Cu基粉末中的α相Al2O3粉末颗粒均匀分布在涂层中，与涂层结合良好。这是因为，低压冷气动力喷涂过程中，多边形的α相Al2O3粉末颗粒能持续活化粉末沉积的界面，促使低压冷气动力喷涂用Cu基粉末不断沉积，形成涂层，促使涂层厚度增长。另外多边形的α相Al2O3粉末颗粒可以促进电解铜粉充分变形，提高涂层的致密度，减少涂层中的孔隙。
在以上具体实施中，使用本发明提供的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末在三种不同的基体上制备了厚度超过10mm的低压冷气动力喷涂涂层，旨在证明，本发明提供的低压冷气动力喷涂用Cu基粉末可以在多种工程材料基体上制备低压冷气动力喷涂涂层，且涂层的厚度可以达到10mm以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.低压冷气动力喷涂用铜基粉末，其特征在于，按质量百分比计，其组分为：
Cu粉80-90%，Al2O3粉 10%-20%；各组分的重量百分比之和为100%；配制该Cu基粉末使用的Cu粉与Al2O3粉的粒度范围均为10-50μm，其中Cu粉是形状为非球形的电解Cu粉、Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉。
2.根据权利要求1所述的低压冷气动力喷涂用铜基粉末的制备方法，其特征在于，其步骤为：
（1）选取粒度范围为10-50μm、形状为非球形的电解铜粉和形状为多边形的α相Al2O3粉；
（2）将粉体材料烘干；
（3）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
或者（2）将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀；
（3）将粉体材料烘干；
通过上述步骤即可得到低压冷气动力喷涂用铜基粉末。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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