CN110257815A - 一种制备高硬质相含量涂层的方法 - Google Patents

一种制备高硬质相含量涂层的方法 Download PDF

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Abstract

一种制备高硬质相含量涂层的方法,属于涂层制备技术领域。首先电镀得到包覆均匀的核壳式粉体，且镀层的厚度大于1μm。其中，核心材料为W、Mo、Ta、Nb、WC、TiC其中的一种或多种，外壳材料为Cu、Ni、Ag中的一种或多种。然后对所得粉体进行冷喷涂，冷喷涂装置采用拉瓦尔型喷嘴，工作气体为压缩空气，压强为0.6‑2MPa，气体预热温度为300‑600℃。涂层的基体采用Al、Cu、钢中的一种或多种，在喷涂前都要经过喷砂处理。最后对得到的复合涂层进行热处理，其参数为：氮气或氩气气氛，温度500‑600℃，保温时间1‑5h。该方法制备得到的复合涂层孔隙率极低、杂质少，厚度不受限制，使用核壳粉体可有效阻碍硬质颗粒之间的碰撞并减少硬质颗粒的损失，硬质相保留率高。

Description

一种制备高硬质相含量涂层的方法
技术领域
本发明属于涂层制备技术领域，发明了一种制备高硬质相含量的涂层制备工艺。
背景技术
冷喷涂技术作为一种新型的增材制造手段，由于其具有涂层的化学成分可与原材料保持一致；基体选择范围广；涂层的残余应力较低；涂层致密，孔隙率低；喷涂速度快；可沉积的涂层种类繁多等优点可广泛应用于保护涂层和功能涂层的制备、零件修复和近净成型等领域。而对于冷喷涂含有硬质相颗粒的涂层，其中硬质相颗粒的损失是普遍存在的。这是由于采用混合粉体进行冷喷涂的过程中，硬质颗粒在喷涂过程中相互碰撞导致脱落，且硬质相剥落的现象不能采用后续的热处理手段进行消除。因此，从原始粉体上解决硬质颗粒之间相互碰撞的问题显得尤为重要！核壳式粉体是利用一种软质易于喷涂的金属将硬质相颗粒进行包覆，可以有效阻隔硬质相颗粒之间的碰撞。一般常见的核壳式粉体采用化学气相沉积、溶胶-凝胶、喷雾干燥或化学镀等方法获得，但是由于步骤复杂、成本高的问题限制了其大规模生产。化学镀虽然成本低，但是镀速较慢且前处理复杂。因此，有必要开发一种新的粉体包覆手段制备核壳式粉体。本课题组在已有的基础上提出了间歇式电沉积的手段制备核壳式粉体。CN104550943 B公开了一种球形铜包覆钨复合粉体、制备方法及其用途；CN 104368808 B公开了一种厚度均匀可控的铜包覆钼复合粉体、制备方法及其用途；CN104999077 B公开了一种高比重合金用复合粉体、制备方法及其用途。现将该核壳式粉体用于冷喷涂制备高硬质相含量的涂层，有望解决硬质颗粒剥落的问题。
发明内容：
针对现有技术不能制备高硬质相含量的涂层，本发明提供了一种采用核壳式粉体进行冷喷涂再结合后续热处理工艺制备高硬质相涂层的方法。
一种制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，采用电镀得到的核壳式粉体进行冷喷涂，再结合后续热处理得到复合涂层。
进一步地，所述核壳式粉体核心为W、Mo、Ta、Nb、WC、TiC其中的一种或多种；其外壳为Cu、Ni、Ag、Sn其中的一种或多种，该核壳式粉体是通过电镀得到，包覆均匀且镀层厚度大于1μm。
进一步地，本发明采用的冷喷涂装置中冷喷涂喷嘴的形状为拉瓦尔型，工作气体为压缩空气，压强为0.6-2MPa，气体预热温度为300-600℃。
进一步地，所述复合涂层的基体的材质为Al、Cu、钢其中的一种或多种，且该基体在喷涂前都要经过喷砂处理。
进一步地，所述热处理工艺是将冷喷涂得到的复合涂层在氮气或氩气气氛下，温度为500-800℃，退火1-10h。且具体的退火温度和时间的选择根据实际多种金属之间的相图来决定。
本发明方法制备得到的复合涂层厚度不受限制、硬质相保留率高、孔隙率极低、杂质少。
附图说明：
图1是本发明实施例中铜包覆钨核壳式粉体截面扫描照片。
图2是本发明实施例1中W-Cu复合涂层
图3是本发明实施例1中添加Ni过渡层的W-Cu复合涂层
图4是本发明实施例1中退火后的添加Ni过渡层的W-Cu复合涂层
具体实施方式
为了更好的说明本发明的技术手段，下面对本发明进行详细说明。但下面实施例仅仅是本发明简单的例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利说明书为准。
实施方案1：
采用电镀的方法制备铜包覆钨的核壳式粉体，镀层厚度约为3μm；采用纯Al作为冷喷涂的基板，在喷涂前进行喷丸处理；冷喷涂的工艺参数为：喷嘴为拉瓦尔型，工作气体为压缩空气、压强为1MPa，将压缩空气预热到500℃并携带核壳式粉体进行冷喷涂得到W-Cu复合涂层。
该W-Cu复合涂层中存在大量W颗粒的剥落。由于钨和铜之间不固溶，因此不能通过热处理的手段增加W与Cu之间的界面结合强度。所以，通过电镀的手段在W与Cu之间添加一层Ni的过渡层形成铜包镍包钨的核壳式粉体。并将该铜包镍包钨粉体在与铜包钨粉体相同冷喷涂参数下进行喷涂实验，得到添加Ni过渡层的W-Cu复合涂层。实验发现相比W-Cu复合涂层，W的损失明显下降，但是还是存在少部分W颗粒的剥落。为解决此问题，将添加Ni过渡层的W-Cu复合涂层在氩气的氛围下500℃进行退火1小时，得到高W含量且孔隙率极低的涂层。
实施方案2：
采用电镀的方法制备铜包覆钼的核壳式粉体，镀层厚度约为2μm；采用纯Cu作为冷喷涂的基板，在喷涂前进行喷丸处理；冷喷涂的工艺参数为：喷嘴为拉瓦尔型，工作气体为压缩空气、压强为0.8MPa，将压缩空气预热到550℃并携带核壳式粉体进行冷喷涂得到Mo-Cu复合涂层。
该Mo-Cu复合涂层中存在大量Mo颗粒的剥落。所以，通过电镀的手段在Mo与Cu之间添加一层Ni的过渡层形成铜包镍包钼的核壳式粉体。并将该铜包镍包钼粉体在与铜包钼粉体相同冷喷涂参数下进行喷涂实验，得到添加Ni过渡层的Mo-Cu复合涂层。实验发现相比Mo-Cu复合涂层，Mo的损失明显下降，但是还是存在少部分W颗粒的剥落。为解决此问题，将添加Ni过渡层的Mo-Cu复合涂层在氩气的氛围下600℃进行退火4小时，得到高Mo含量且孔隙率极低的涂层。
实施方案3：
采用电镀的方法制备镍包覆铌的核壳式粉体，镀层厚度约为1μm；采用纯Al作为冷喷涂的基板，在喷涂前进行喷丸处理；冷喷涂的工艺参数为：喷嘴为拉瓦尔型，工作气体为压缩空气、压强为1.6MPa，将压缩空气预热到600℃并携带核壳式粉体进行冷喷涂得到Nb-Ni复合涂层。
该Nb-Ni复合涂层中存在大量Nb颗粒的剥落。为解决此问题，将Nb-Ni复合涂层在氩气的氛围下580℃进行退火5小时，得到高Nb含量且孔隙率极低的涂层。

Claims (5)

1.一种制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，对采用电镀得到的核壳式粉体进行冷喷涂，再结合后续热处理得到复合涂层。
2.根据权利要求1所述的制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，所述核壳式粉体核心为W、Mo、Ta、Nb、WC、TiC其中的一种或多种；其外壳为Cu、Ni、Ag、Sn其中的一种或多种，该核壳式粉体是通过电镀得到，包覆均匀且镀层厚度大于1μm。
3.根据权利要求1所述的制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，采用的冷喷涂装置中冷喷涂喷嘴为拉瓦尔型，工作气体为压缩空气，压强为0.6-2MPa，气体预热温度为300-600℃。
4.根据权利要求1所述的制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，所述复合涂层的基体的材质为Al、Cu、钢其中的一种或多种，且该基体在喷涂前都要经过喷砂处理。
5.根据权利要求1所述的制备高硬质相含量涂层的方法，其特征在于，所述热处理工艺是将冷喷涂得到的复合涂层在氮气或氩气气氛下，温度为500-800℃，保温时间为1-10h。
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