CN107419263A - 一种金属涂层的生成方法 - Google Patents

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杨洪刚
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Shanghai Dianji University
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

一种金属涂层的生成方法，包括步骤：S101,将金属棒材垂直置于基板上方；S102，所述基板表面具有多个凹坑，其具有凹坑的表面朝上，与金属棒材相对；S103，旋转金属棒材，同时向下挤压金属棒材，使得金属棒材的端面与基板表面接触，移动金属棒材沿着基板表面运动；S104，金属棒材端面与基板之间的摩擦产生热量，使得金属材料达到熔融状态，熔融状态的金属材料流入基板凹坑内，同时在基板表面形成金属材料的沉积层，即金属涂层。

Description

一种金属涂层的生成方法
技术领域
本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种金属涂层的生成方法。
背景技术
铜、铝、镍、铬等许多金属材料均可成为涂层，以达到防腐蚀、耐磨及其他功能涂层作用，从而充分发挥材料各自的性能特点。目前，异种金属的涂层主要采用热喷涂、热浸镀涂层和电镀等技术。热喷涂过程中，材料经热源加热至熔化或半熔化状态，用高压气流令其雾化并喷射于工件上，熔融态雾化金属粒子以很高速度达到工件表面，形成片层状结构堆积集合成涂层。热浸镀涂层需要将经过表面处理的金属工件放入远比工件熔点低的熔融金属中，在工件表面上镀上一层金属镀层。电镀则是一种电化学过程，将金属工件和所镀金属分别挂在电极上，浸入含有镀层成份的电解液中，并通以直流电。
然而，电镀技术会受到材质和几何形状的限制，热喷涂和热浸镀技术需要表面处理，涂层容易产生一定的气孔，某些喷涂方法还会产生有害因素，必须采用恰当的防护方法，而且涂层厚度和涂层结合强度都受到一定的限制。
发明内容
本发明提供一种金属涂层的生成方法，以解决现有的金属涂层生成方法的弊病。
一种金属涂层的生成方法，该生成方法包括以下步骤：
S101,将金属棒材垂直置于基板上方；
S102，所述基板表面具有多个凹坑，其具有凹坑的表面朝上，与金属棒材相对；
S103，旋转金属棒材，同时向下挤压金属棒材，使得金属棒材的端面与基板表面接触，移动金属棒材沿着基板表面运动；
S104，金属棒材端面与基板之间的摩擦产生热量，使得金属材料达到熔融状态，熔融状态的金属材料流入基板凹坑内，同时在基板表面形成金属材料的沉积层，即金属涂层。
进一步的，在步骤S103中，金属棒材套入空心套筒，空心套筒内部形状与金属棒材外部形状相匹配，空心套筒与基板表面保持距离，同向同速旋转空心套筒和金属棒材。金属棒材和套筒是各自旋转的，套筒是起到防止金属棒材弯曲变形和调节涂层厚度的作用。
进一步的，基板的凹坑可以是圆柱形或方形，金属棒材的端面可以是方形、矩形或圆形。
进一步的，金属棒材可以是一根棒材，也可以由多层片状材料组合而成。
利用摩擦产生热量，并使构件达到熔融状态后连接在一起的方法是一种新型固态连接技术。本发明结合固态连接技术原理，提出了一种金属材料的涂层生成方法，适用于黑色金属、有色金属等异种金属之间的连接制造，尤其是铝钢等性能差异较大的金属，可实现可靠连接强度和指定厚度的涂层效果。本发明也可以用于修复磨损或破坏的表面。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1是本发明的金属涂层生成方法的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的金属涂层的生成方法，包括以下步骤：
(1)在基板上按照间距分布开一定尺寸和深度的凹坑孔，将基板完全固定，孔面朝上。基板材料采用金属材料。
(2)调整空心套筒与基板之间的垂向高度，将金属棒材装入空心套筒内，金属棒材末端与基板材料接触；
(3)同向同速旋转空心套筒和金属棒材，通过金属棒材与基板之间的摩擦获取热量，使得金属棒材与基板接触区域的金属材料达到熔融状态。摩擦热量可以通过转速调节，通常需要几百至上千转，能够使金属材料达到熔融状态。
(4)保持空心套筒和金属棒材的旋转，并沿基板横向移动，同时垂直向下挤压金属棒材，使金属材料流入基板的凹坑孔内，同时在基板上形成金属材料的沉积，获得连接可靠接合的涂层。
(5)按照涂层位置和厚度要求，重复执行，获得相应厚度要求的涂层。
本发明利用金属棒材与基板之间摩擦所产生的热量，使材料达到熔融状态后流入基板的凹孔内，同时在基板上形成沉积，从而获得高结合强度的涂层。由于金属材料并未熔化，因而残余应力低，变形小，而且有效避免了裂纹、气孔等缺陷的产生，从而获得高性能构件。
本发明适用金属材料范围广，可实现黑色金属之间、有色金属之间，以及黑色和有色金属之间可靠有效的涂层效果。本发明适用金属材料形式多样，可以是棒材或片状等。本发明是基于固态连接的结合技术，有效避免了热应力引起的裂纹和凝固收缩时产生的气孔等缺陷，提高了异种金属涂层的强度和性能，也可以获得较厚的涂层效果，从而很好地抵制腐蚀和磨损。本发明中金属棒材无需特殊处理，实施容易，效率高，成本低，利于金属构件的低成本快速制造。
值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (4)

1.一种金属涂层的生成方法，其特征在于，该生成方法包括以下步骤：
S101,将金属棒材垂直置于基板上方；
S102，所述基板表面具有多个凹坑，其具有凹坑的表面朝上，与金属棒材相对；
S103，旋转金属棒材，同时向下挤压金属棒材，使得金属棒材的端面与基板表面接触，移动金属棒材沿着基板表面运动；
S104，金属棒材端面与基板之间的摩擦产生热量，使得金属材料达到熔融状态，熔融状态的金属材料流入基板凹坑内，同时在基板表面形成金属材料的沉积层，即金属涂层。
2.如权利要求1所述的金属涂层的生成方法，其特征在于，在步骤S103中，金属棒材套入空心套筒，空心套筒内部形状与金属棒材外部形状相匹配，空心套筒与基板表面保持距离，同向同速旋转空心套筒和金属棒材。
3.如权利要求2所述的金属涂层的生成方法，其特征在于，基板的凹坑可以是圆柱形或方形，金属棒材的端面可以是方形、矩形或圆形。
4.如权利要求2所述的金属涂层的生成方法，其特征在于，金属棒材可以是一根棒材，也可以由多层片状材料组合而成。
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