CN110344046B - 一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，混合均匀得到冷喷用粉体，然后低压冷喷涂至基体表面，得到混合粉体涂层，再进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层。本发明使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属传变为合金组织α相，β相、γ2相和[AlFe]相，形成了铝青铜合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，铝青铜合金涂层涂层厚度可以控制在100μm～2mm；需要的设备简单，工艺方便。
Description
技术领域
本发明属于冷喷涂涂层制备和合金化技术领域，具体涉及一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法。
背景技术
铝青铜合金，具有强度高、耐磨性能好等优良的综合机械性能。但是铝青铜金属液体流动性差，收缩率大，不易铸造成形。因此人们将铝青铜制成粉末，将其喷涂到其他金属基体表面上形成涂层，利用其强度高、耐磨性能好、耐腐蚀性能好的特点，提高零件的使用性能与寿命。目前制备铝青铜涂层的方法主要是，使用热喷涂的技术将预制铝青铜合金粉末材料喷涂到基体表面，制备成铝青铜涂层。使用热喷涂技术制备铝青铜涂层，通过火焰、等离子等热源加热预制铝青铜合金粉末材料，将半熔融的粉体材料喷射到基体表面形成涂层。在这个过程中，预制铝青铜合金粉末材料易氧化，造成涂层内部氧化物杂质较多。热源加热粉体材料时，不可避免的对基体产生热影响，会造成基体氧化、脱碳、相变等负面影响；另外采用热喷涂技术制备的涂层孔隙率高。孔隙率、氧化物杂质、基体氧化、基体脱碳等因素会造成涂层机械性能下降，影响涂层的质量和使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法使用低压冷喷涂技术，将冷喷用粉体喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属传变为合金组织α相，β相、γ2相和[AlFe]相，形成了铝青铜合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，铝青铜合金涂层厚度可以控制在100μm～2mm；需要的设备简单，工艺方便。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉15％～20％、Fe粉5％～10％、Al2O3粉10％、Mn粉2％～5％、Zn粉1％～2％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为400℃～440℃，载气压力为0.60MPa～0.64MPa，喷涂距离为10mm～20mm，喷涂速度为0.4m/s～0.6m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm～4mm，加热温度为800℃～940℃，加热功率为1.2kW～1.5kW，频率为175kHz，加热时间为10s～20s。
本发明中Al2O3粉末的作用是活化基体表面形成涂层和促进金属粉末的金属颗粒塑性变形，由低压冷喷涂制备的混合粉体涂层，金属颗粒经过剧烈的塑性变形，结合紧密。Al2O3粉的形貌为不规则多边形颗粒的粉体，不规则多边形的Al2O3粉体颗粒，能更好的促进冷喷涂混合粉体涂层中的金属颗粒塑性变形。
本发明选择Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉作为原料制备铝青铜合金涂层，除铝青铜合金涂层必备的Cu粉和选择Al粉外，选择Fe粉作为原料，Fe对铝青铜的主要作用是细化晶粒，提高合金的机械性能和耐磨性能，Fe在铝青铜中会促使[AlFe]相化合物生成，[AlFe]相为体心立方晶格，具有很高的显微硬度，组织中适量的[AlFe]相存在并均匀分布，可提高铝青铜涂层的强度、硬度和耐磨性能；选择Mn粉作为原料，是因为Mn能固溶于α固溶体中，有一定的固溶强化作用，提高合金的力学性能。在铝青铜中同时加入适量的Mn和Fe，能进一步细化组织，使力学性能、耐磨性、耐蚀性都得到提高。选择Zn粉作为原料，是因为Zn粉与基体固溶后，可提高基体金属的塑性。
本发明的冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉15％～20％、Fe粉5％～10％、Al2O3粉10％、Mn粉2％～5％、Zn粉1％～2％，余量为Cu粉，在原料选择上，其中Al粉15％～20％，能保证在重熔工序后，Al的含量足够原位合成性能优良的铝青铜合金；过多的铝含量，会造成涂层中出现铝的金属间化合物；过少的铝含量，会造成铝青铜合金涂层硬度降低。Al粉形貌是类球状颗粒，这种形状有利于Al粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在基体表面形成涂层。Fe粉5％～10％，能保证铝青铜合金涂层的晶粒度在合适的范围内，从而保证铝青铜合金涂层的性能；过多的铁含量，会造成涂层中出现铁的金属间化合物；过少的铁含量，会造成铝青铜合金涂层中[AlFe]相不足，从而降低铝青铜合金涂层硬度。Fe粉形貌是不规则形状颗粒，这种形状有利于Fe粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合。Mn粉2％～5％，可以起到固溶强化作用；锰含量过少，固溶强化不足；过多会造成锰的金属间化合物出现，从而影响铝青铜涂层硬度。Mn粉形貌是不规则形状颗粒，这种形状有利于Mn粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合。Zn粉1％～2％，可以起到固溶强化作用；锌含量过少，固溶强化不足；过多会造成锌的金属间化合物出现，从而影响铝青铜涂层韧性。Zn粉形貌是类球状颗粒，这种形状有利于Zn粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在基体表面形成涂层。Cu粉是由电解法制备的，形貌是树枝状颗粒的粉体材料，选用这种Cu粉有利于Cu粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Cu含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Cu含量。
冷喷用粉体Al粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Al粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Al含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Al含量。Fe粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Fe粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Fe粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Fe粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Fe含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Fe含量。Zn粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Zn粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Zn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Zn含量。Mn粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Mn粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Mn粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Mn粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Mn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Mn含量。
将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，发生合金化反应后，Mn和Zn固溶到α相组织中，α相是以Cu为基的置换固溶体，其中置换固溶体中的溶质原子为Zn、Al和Mn，本发明的α相简写成Cu(Zn,Al,Mn)，属面心立方结构；γ2相是以Cu9A14化合物为基的中间固溶体，属复杂立方结构；β相具有体心立方晶格，是以Cu3Al为基的固溶体，金属间化合物[AlFe]属于κ相，为体心立方结构。
优选地，S1中所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉18％、Fe粉8％、Al2O3粉10％、Mn粉4％、Zn粉1.7％，余量为Cu粉。
优选地，S1中混合的时间为4h～5h。
优选地，S1中混合采用机械法搅拌混合。
优选地，S1中所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm。
优选地，S3中所述铝青铜涂层的厚度为100μm～2mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明使用低压冷喷涂技术，将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，混合后低压冷喷涂到基体上，得到混合粉体涂层；然后对混合粉体涂层进行进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层，经过感应重熔后，合金化反应充分，混合粉体涂层的微观组织从纯金属传变为合金组织α相，β相、γ2相和[AlFe]相，形成了铝青铜合金涂层，组织致密，孔隙率低，能更好的保护基体材料，铝青铜合金涂层厚度可以控制在100μm～2mm；需要的设备简单，工艺方便。
2、本发明的冷喷用粉体中的Al粉的形貌为类球状颗粒的粉体，这种形状有利于Al粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在45钢基体表面形成涂层；Fe粉的形貌为不规则形状颗粒的粉体，这种形状有利于Fe粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；Al2O3粉的形貌为不规则多边形颗粒的粉体，不规则多边形的Al2O3粉体颗粒，能更好的促进冷喷涂混合粉体涂层中的金属颗粒塑性变形；Mn粉的形貌为不规则形状颗粒的粉体，这种形状有利于Mn粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；Zn粉的形貌为类球状颗粒的粉体，这种形状有利于Zn粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在45钢基体表面形成涂层；Cu粉是由电解法制备的，形貌是树枝状颗粒的粉体材料，选用这种Cu粉有利于Cu粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Cu含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Cu含量。冷喷用粉体中，Al粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Al粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Al含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Al含量。Fe粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Fe粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Fe粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Fe粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Fe含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Fe含量。Zn粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Zn粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Zn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Zn含量。Mn粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Mn粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Mn粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Mn粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Mn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Mn含量。本发明的冷喷用粉体的材料的成分与形貌可以确保混合粉体涂层的厚度控制在100μm～2mm；混合粉体涂层进行感应重熔原位合成铝青铜合金涂层，其厚度基本保持不变，也为100μm～2mm；在本发明专利提供的方法中，通过控制混合粉体涂层来控制最终原位合成的铝青铜合金涂层厚度，而常规的铝青铜合金涂层的厚度仅为100μm～500μm，本发明的铝青铜合金涂层的厚度能够控制在100μm～2mm，增加了铝青铜合金涂层的厚度的选择性，厚度的增加能够增加耐磨性，使用热喷涂技术制备的铝青铜涂层，如果厚度大于500μm，铝青铜涂层会因为热应力的作用而整块剥落，无法保护基体，本发明的铝青铜合金涂层的厚度可以超过500μm，为基体提供长时间的耐摩擦与耐腐蚀保护。
2、现有技术中采用铝青铜合金粉末热喷涂制备的铝青铜涂层，孔隙率为1％～3％，孔隙率大，涂层与基体的结合强度仅为50Mpa～80Mpa，涂层机械性能不佳，并且热喷涂会造成基体氧化、脱碳，涂层中有氧化物杂质，影响涂层的质量和使用寿命，本发明采用低压冷喷涂技术将单质金属元素组成的冷喷用粉体喷涂至基体表面，不会造成基体氧化、脱碳，感应重熔原位合成后混合粉体涂层在基体表面发生了合金化，使得金属合金化的组织更为致密，组织结构均匀化较好，各金属元素扩散均匀，得到的铝青铜合金涂层中合金化反应充分，提高了涂层的结合强度，且孔隙率为0％，延长了使用寿命，本发明的铝青铜合金涂层的厚度为100μm～2mm，可选择性强，为基体提供长时有效的耐摩擦与耐腐蚀保护。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例1的冷喷用粉体的微观形貌图。
图2是本发明实施例1的混合粉体涂层的微观形貌图。
图3是本发明实施例1的混合粉体涂层的X射线衍射图。
图4是本发明实施例1的铝青铜合金涂层的微观组织形貌图。
图5是本发明实施例1的铝青铜合金涂层的X射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，采用机械法搅拌混合4h，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉18％、Fe粉8％、Al2O3粉10％、Mn粉4％、Zn粉1.7％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至45钢基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为418℃，载气压力为0.61MPa，喷涂距离为15mm，喷涂速度为0.50m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为800μm的铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3.5mm，加热温度为880℃，加热功率为1.3kW，频率为175kHz，加热时间为16s。
本实施例中Al2O3粉末的作用是活化基体表面形成涂层和促进金属粉末的金属颗粒塑性变形，由低压冷喷涂制备的混合粉体涂层，金属颗粒经过剧烈的塑性变形，结合紧密。Al2O3粉的形貌为不规则多边形颗粒的粉体，不规则多边形的Al2O3粉体颗粒，能更好的促进冷喷涂混合粉体涂层中的金属颗粒塑性变形。
本实施例选择Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉作为原料制备铝青铜合金涂层，除铝青铜合金涂层必备的Cu粉和选择Al粉外，选择Fe粉作为原料，Fe对铝青铜的主要作用是细化晶粒，提高合金的机械性能和耐磨性能，Fe在铝青铜中会促使[AlFe]相化合物生成，[AlFe]相为体心立方晶格，具有很高的显微硬度，组织中适量的[AlFe]相存在并均匀分布，可提高铝青铜涂层的强度、硬度和耐磨性能；选择Mn粉作为原料，是因为Mn能固溶于α固溶体中，有一定的固溶强化作用，提高合金的力学性能。在铝青铜中同时加入适量的Mn和Fe，能进一步细化组织，使力学性能、耐磨性、耐蚀性都得到提高。选择Zn粉作为原料，是因为Zn粉与45钢基体固溶后，可提高45钢基体金属的塑性。
将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，发生合金化反应后，Mn和Zn固溶到α相组织中，α相是以Cu为基的置换固溶体，其中置换固溶体中的溶质原子为Zn、Al和Mn，本发明的α相简写成Cu(Zn,Al,Mn)，属面心立方结构；γ2相是以Cu9A14化合物为基的中间固溶体，属复杂立方结构；β相具有体心立方晶格，是以Cu3Al为基的固溶体，金属间化合物[AlFe]属于κ相，为体心立方结构。
图1是冷喷用粉体的微观形貌图，图2是混合粉体涂层的微观形貌图，图3是混合粉体涂层的X射线衍射图，由图1可知，Al粉的形貌为类球状颗粒的粉体，这种形状有利于Al粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在45钢基体表面形成涂层；Fe粉的形貌为不规则形状颗粒的粉体，这种形状有利于Fe粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；Al2O3粉的形貌为不规则多边形颗粒的粉体，不规则多边形的Al2O3粉体颗粒，能更好的促进冷喷涂混合粉体涂层中的金属颗粒塑性变形；Mn粉的形貌为不规则形状颗粒的粉体，这种形状有利于Mn粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；Zn粉的形貌为类球状颗粒的粉体，这种形状有利于Zn粉在冷喷涂过程中获得较快的速度，从而沉积在45钢基体表面形成涂层；Cu粉是由电解法制备的，形貌是树枝状颗粒的粉体材料，选用这种Cu粉有利于Cu粉在冷喷涂过程中发生塑性变形，与周围的颗粒相互锁死形成机械结合；能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Cu含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Cu含量。冷喷用粉体中，Al粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Al粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Al含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Al含量。Fe粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Fe粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Fe粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Fe粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Fe含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Fe含量。Zn粉选用雾化法制备的类球状形貌的粉体材料，是因为这种Zn粉硬度适合用于冷喷涂涂层的制备，能降低冷喷涂混合粉体涂层的孔隙率，能保证混合粉体涂层中的Zn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Zn含量。Mn粉选用电解法制备的不规则形貌的粉体材料，这种Mn粉的形貌为不规则形状，是因为电解法制备出的粉体材料形貌一般为树枝状，在运输过程或混粉过程中，树枝状Mn粉破碎分解后，就变成了不规则形状；选用这种Mn粉，能提高冷喷涂混合粉体涂层的结合强度，能保证混合粉体涂层中的Mn含量，达到重熔原位合成铝青铜合金涂层所需要的Mn含量。本实施例的冷喷用粉体的材料的成分与形貌可以确保混合粉体涂层的厚度为800μm；混合粉体涂层进行感应重熔原位合成铝青铜合金涂层，其厚度基本保持不变，也为800μm；在本发明专利提供的方法中，通过通过控制混合粉体涂层的厚度来控制最终原位合成的铝青铜合金涂层厚度。由图2可知，混合粉体涂层的结构较致密，没有明显的孔洞与裂纹，各金属粉的金属颗粒都发生了塑性变形，金属颗粒之间有明显的界限，根据测量，混合粉体涂层的孔隙率为0.6％，结合强度为30Mpa，涂层硬度为118HV，铝青铜合金涂层厚度为800μm，对应图3的混合粉体涂层的X射线衍射图，可以确定涂层中的金属颗粒没有发生氧化与扩散，其相结构依然是单质金属的相结构，图4中单质金属元素原位合成了铝青铜合金组织α相、β相、γ2相和[AlFe]相，Mn与Zn含量少，未检测到。经过感应重熔原位合成后，得到的铝青铜合金涂层，图4是铝青铜合金涂层的微观组织形貌图，图5是铝青铜合金涂层的X射线衍射图，由图4可知，感应重熔原位合成后混合粉体涂层在45钢基体表面发生了合金化，使得金属合金化的组织更为致密，组织结构均匀化较好，各金属元素扩散均匀，得到的铝青铜合金涂层中合金化反应充分，微观组织从纯金属组织转变为合金组织α相、β相、γ2相以及[AlFe]相，感应重熔原位合成的铝青铜合金涂层不仅密度高，缺陷少，且达到了原位合成合金化的效果，从图2中可以看出，低压冷喷后的混合粉体涂层中均为单质金属元素；从图4中可以看出，混合粉体涂层重熔后，混合粉体涂层中的单质金属元素原位合成了铝青铜合金组织α相、β相、γ2相和[AlFe]相，相比于低压冷喷后得到的混合粉体涂层性能有所提升，孔隙率为0％，结合强度为136MPa，涂层硬度为382HV，铝青铜合金涂层厚度为800μm。本实施例的铝青铜合金涂层的厚度为800μm，增加了铝青铜合金涂层的厚度的选择性，厚度的增加能够增加耐磨性，使用热喷涂技术制备的铝青铜涂层，如果厚度大于500μm，铝青铜涂层会因为热应力的作用而整块剥落，无法保护基体。本实施例的铝青铜合金涂层的厚度可以超过500μm，为基体提供长时间的耐摩擦与耐腐蚀保护。
而采用铝青铜合金粉末热喷涂制备的铝青铜涂层，孔隙率为1％～3％，孔隙率大，涂层与基体的结合强度仅为50Mpa～80Mpa，涂层厚度仅为100μm～500μm，涂层机械性能不佳，并且热喷涂会造成基体氧化、脱碳，涂层中有氧化物杂质，影响涂层的质量和使用寿命。
实施例2
本实施例的原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，采用机械法搅拌混合4h，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉17％、Fe粉7％、Al2O3粉10％、Mn粉5％、Zn粉1.5％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至45钢基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为425℃，载气压力为0.61MPa，喷涂距离为13mm，喷涂速度为0.45m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为650μm的铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与45钢基体的间隙为3.3mm，加热温度为900℃，加热功率为1.3kW，频率为175kHz，加热时间为18s。
本实施例制备的铝青铜合金涂层的孔隙率为0％，结合强度为132MPa，涂层硬度为380HV，铝青铜合金涂层的厚度为650μm。
实施例3
本实施例的原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，采用机械法搅拌混合5h，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉19％、Fe粉9％、Al2O3粉10％、Mn粉3％、Zn粉1％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至45钢基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为440℃，载气压力为0.64MPa，喷涂距离为17mm，喷涂速度为0.55m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为1mm的铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与45钢基体的间隙为3.8mm，加热温度为850℃，加热功率为1.5kW，频率为175kHz，加热时间为14s。
本实施例制备的铝青铜合金涂层的孔隙率为0％，结合强度为130MPa，涂层硬度为378HV，铝青铜合金涂层的厚度为1mm。
实施例4
本实施例的原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，采用机械法搅拌混合5h，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉20％、Fe粉10％、Al2O3粉10％、Mn粉5％、Zn粉1％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至45钢基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为400℃，载气压力为0.63MPa，喷涂距离为20mm，喷涂速度为0.4m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为100μm的铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与45钢基体的间隙为3mm，加热温度为940℃，加热功率为1.2kW，频率为175kHz，加热时间为20s。
本实施例制备的铝青铜合金涂层的孔隙率为0％，结合强度为134MPa，涂层硬度为367HV，铝青铜合金涂层的厚度为100μm。
实施例5
本实施例的原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，采用机械法搅拌混合5h，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉15％、Fe粉5％、Al2O3粉10％、Mn粉2％、Zn粉2％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至45钢基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为410℃，载气压力为0.60MPa，喷涂距离为10mm，喷涂速度为0.6m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到厚度为2mm的铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与45钢基体的间隙为4mm，加热温度为800℃，加热功率为1.4kW，频率为175kHz，加热时间为10s。
本实施例制备的铝青铜合金涂层的孔隙率为0％，结合强度为124MPa，涂层硬度为350HV，铝青铜合金涂层的厚度为2mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，其特征在于，该方法为：
S1、将Al粉、Fe粉、Al2O3粉、Mn粉、Zn粉和Cu粉，混合均匀得到冷喷用粉体；所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉15％～20％、Fe粉5％～10％、Al2O3粉10％、Mn粉2％～5％、Zn粉1％～2％，余量为Cu粉；所述Al粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体，所述Fe粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Al2O3粉是由破碎法制备的形貌为不规则多边形颗粒的粉体；所述Mn粉是由电解法制备的形貌为不规则形状颗粒的粉体；所述Zn粉是由雾化法制备的形貌为类球状颗粒的粉体；所述Cu粉是由电解法制备的形貌为树枝状颗粒的粉体；
S2、将S1中得到的冷喷用粉体，低压冷喷涂至基体表面，得到混合粉体涂层；所述低压冷喷涂的工艺参数为：工作气体为压缩空气，载气温度为400℃～440℃，载气压力为0.61MPa～0.64MPa，喷涂距离为13mm～17mm，喷涂速度为0.45m/s～0.55m/s；
S3、将S2中得到的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成，得到铝青铜合金涂层，所述感应重熔原位合成的工艺参数为：感应线圈与基体的间隙为3mm～4mm，加热温度为800℃～940℃，加热功率为1.2kW～1.5kW，频率为175kHz，加热时间为10s～20s；所述铝青铜涂层的厚度为100μm～2mm。
2.根据权利要求1所述的一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，其特征在于，S1中所述冷喷用粉体由以下质量分数的原料制成：Al粉18％、Fe粉8％、Al2O3粉10％、Mn粉4％、Zn粉1.7％，余量为Cu粉。
3.根据根据权利要求1所述的一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，其特征在于，S1中混合的时间为4h～5h。
4.根据权利要求1所述的一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，其特征在于，S1中混合采用机械法搅拌混合。
5.根据权利要求1所述的一种原位合成低压冷喷涂铝青铜涂层的制备方法，其特征在于，S1中所述冷喷用粉体的粒度为10μm～50μm。
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