CN113355627A - 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法 - Google Patents

一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113355627A
CN113355627A CN202110665461.0A CN202110665461A CN113355627A CN 113355627 A CN113355627 A CN 113355627A CN 202110665461 A CN202110665461 A CN 202110665461A CN 113355627 A CN113355627 A CN 113355627A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite material
matrix
conductive coating
plasma spraying
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110665461.0A
Other languages
English (en)
Inventor
柳彦博
马壮
刘玲
高丽红
朱时珍
委思豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202110665461.0A priority Critical patent/CN113355627A/zh
Publication of CN113355627A publication Critical patent/CN113355627A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/08—Metallic material containing only metal elements

Abstract

本发明涉及表面工程技术领域，提供了一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法。本发明将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理，然后将复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理；对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层。本发明采用等离子喷涂的方法在复合材料表面制备导电涂层，该方法操作简单，稳定性和可控性高，适用于大型结构件的喷涂，制得的导电涂层致密度较高，与基体结合良好，导电性能可控。

Description

一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法。
背景技术
陶瓷材料具有耐高温性能好、抗氧化能力强、硬度高等有点，但是其也存在脆性大的缺点，不能承受剧烈的机械冲击。在陶瓷基体中掺加纤维可以起到增韧的作用，改善其脆性，所得复合材料即为纤维增强陶瓷基复合材料，这种复合材料采用玻璃纤维或炭纤维进行增强，使陶瓷基体在断裂过程中发生裂纹偏转，在增加强度和韧性的同时，还能保持良好的耐高温性能。
在航空航天、舰船以及电子领域，纤维增强陶瓷基复合材料应用越来越广泛，正在逐步替代金属、陶瓷等传统材料，成为主要的结构材料。但是，与传统金属材料相比，纤维增强陶瓷基复合材料虽然提升了强度、降低了密度，但是其导电性能变差，导致功能上出现巨大缺失，严重限制了其应用，因而需要在复合材料表面制备导电涂层，以补偿和提升其导电性能。
目前，在复合材料表面制备导电涂层的常用方法为金属网技术和铺贴金属箔技术。金属网技术和铺贴金属箔技术是将金属网/箔贴在复合材料表面，金属网/箔和复合材料的结合强度较差，金属网/箔的导电率难以调控，且上述方法不适用于大型结构件。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法。本发明采用等离子喷涂法在复合材料表面制备导电涂层，导电涂层和复合材料的结合强度高，导电率容易调控，适用于制备大型结构件。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法，包括以下步骤：
(1)将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理；
(2)将喷砂处理后的复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理；
(3)对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层；
其中，所述复合材料基体为纤维增强陶瓷基复合材料。
优选的，所述纤维增强陶瓷基复合材料为玻璃纤维增强陶瓷基复合材料或碳纤维增强陶瓷基复合材料。
优选的，所述清洗用清洗剂为丙酮；所述喷砂处理用砂为白玉钢砂。
优选的，所述预热的温度为20～100℃。
优选的，所述导电金属粉末包括纯铜粉、铜合金粉、纯银粉和银合金粉中的一种或几种。
优选的，所述等离子喷涂的参数包括：电流为550～700A，电压为20～30V，送粉率为5～45g/min，主气流量为60～120SCFH，辅气流量为0～30SCFH。
优选的，所述步骤(3)具体为：将导电金属粉装载进入等离子喷涂设备的送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，然后调整等离子喷涂设备的参数，对复合材料基体表面进行预热后，用等离子喷枪将导电金属粉末喷涂至复合材料基体表面。
优选的，所述导电涂层的厚度为50～1000μm。
本发明提供了一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法，包括以下步骤：首先将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理，然后将复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理；对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层；其中，所述复合材料基体为纤维增强陶瓷基复合材料。本发明采用等离子喷涂的方法在复合材料表面制备导电涂层，该方法操作简单，稳定性和可控性高，适用于大型结构件的喷涂；采用本发明的方法制得的导电涂层致密度较高，与基体结合良好，导电性能可控。实施例结果表明，本发明制备的导电涂层与复合材料基体的结合强度为5～15MPa，导电涂层的孔隙率为3～5％。
附图说明
图1为实施例1制备的纯铜导电涂层的宏观照片；
图2为实施例1制备的纯铜导电涂层的表面扫描电镜图；
图3为实施例3制备的纯银涂层的扫描电镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法，包括以下步骤：
(1)将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理；
(2)将喷砂处理后的复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理；
(3)对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层；
其中，所述复合材料基体为纤维增强陶瓷基复合材料。
本发明将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理。在本发明中，所述复合材料基体为纤维增强陶瓷基复合材料，优选为玻璃纤维增强陶瓷基复合材料或碳纤维增强陶瓷基复合材料，炭纤维增强炭基复合材料或碳纤维增强碳化硅基复合材料。
在本发明中，所述清洗用清洗剂优选为丙酮；所述喷砂处理用砂优选为白玉钢砂。
喷砂处理完成后，本发明将喷砂处理后的复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理。本发明对所述等离子喷涂设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的等离子喷涂设备即可；本发明对采用压缩空气清洗复合材料基体表面的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
清理完成后，本发明对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层。在本发明中，所述预热的温度优选为20～100℃，更优选为30～50℃；所述导电金属粉末优选包括纯铜粉、铜合金粉、纯银粉和银合金粉中的一种或几种；本发明对所述铜合金粉和银合金粉的具体成分没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的上述合金粉即可；所述导电金属粉末的粒径优选为40～70μm，更优选为50～60μm。
在本发明中，所述等离子喷涂的参数优选包括：电流为550～700A，优选为600～650A，电压为20～30V，优选为22～25V，送粉率为5～45g/min，优选为10～40g/min，主气流量为60～120SCFH，优选为80～100SCFH，辅气流量为0～30SCFH，优选为5～25SCFH；在本发明中，所述主气优选为氩气或氮气，所述辅气优选为氦气或氢气。在本发明中，若等离子喷涂的温度过高，容易造成复合材料基体氧化和导电涂层脱落，本发明将等离子喷涂的参数控制在上述范围内，能够避免复合材料基体的氧化，保证导电涂层和复合材料基体具有较高的结合强度。
本发明对所述等离子喷涂的时间没有特殊要求，根据目标导电涂层的厚度进行控制即可。在本发明的具体实施例中，通过对导电涂层的颗粒组织、孔隙率和厚度的调控，能够实现对导电涂层导电率的调控；具体的，所述导电涂层的颗粒组织和孔隙率可通过调控上述等离子喷涂参数实现，导电涂层的厚度则通过等离子喷涂的时间进行控制。
在本发明中，所述步骤(3)具体优选为：将导电金属粉装载进入等离子喷涂设备的送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，然后调整等离子喷涂设备的参数，对复合材料基体表面进行预热后，用等离子喷枪将导电金属粉喷涂至复合材料基体表面。本发明对所述机械手的喷涂行走路线没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的喷涂行走路线即可。
在本发明中，所述导电涂层的厚度优选为50～1000μm，更优选为100～800μm；所述导电涂层的孔隙率优选为3～5％，电阻率优选为1.82×10-2～3.2×10-2Ω·m；导电涂层和复合材料基体的结合强度为5～15MPa。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
下述实施例中，SEM表征均使用日本高新技术株式会社S-4800型冷场发射扫描电子显微镜。
实施例1
(1)将玻璃纤维-树脂复合材料基体表面用丙酮进行清洗，并采用白玉刚砂进行吹砂处理。
(2)将待喷涂的玻璃纤维-树脂基体装卡到等离子喷涂设备的工作台上，用压缩空气清理基体表面。
(3)将纯铜粉装载进入等离子喷涂设备送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，调整等离子喷涂设备的工艺参数，将玻璃纤维-树脂复合材料基体表面进行预热至20℃，然后用等离子喷枪将纯铜粉喷涂至待喷涂玻璃纤维-树脂复合材料基体表面，形成纯铜导电涂层；其中喷涂参数为：电流550A，电压25V，送粉率15g/min，主气流量60SCFH，辅气流量5SCFH，主气为氮气，辅气为氦气。
所得纯铜导电涂层的宏观照片如图1所示，根据图1可以看出，在纯铜涂层的制备过程中，纯铜粉融化充分，铺展良好。
所得纯铜导电涂层的扫描电镜图如图2所示。根据图2可以看出，本实施例制备的纯铜导电涂层内部几乎无裂纹，存在少量空隙，较为致密。
经检测，所测得的涂层导电率16000000S/m，符合设计要求；导电涂层与基体的结合强度为12MPa，导电涂层的孔隙率为3.6％。
实施例2
(1)将碳纤维增强碳复合材料基体表面用丙酮进行清洗，并采用白玉刚砂进行吹砂处理。
(2)将待喷涂的碳纤维增强碳复合材料基体装卡到等离子喷涂设备的工作台上，用压缩空气清理基体表面。
(3)将纯铜粉装载如等离子喷涂设备的送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，调整等离子喷涂设备的工艺参数，将待喷涂碳纤维增强碳复合材料基体表面预热至20℃，然后用等离子喷枪将纯铜粉喷涂至碳纤维增强碳复合材料基体表面，形成纯铜导电涂层；其中喷涂参数为：电流600A，电压30V，送粉率40g/min，主气流量100SCFH，辅气流量10SCFH，主气为氮气，辅气为氦气。
对所制备的涂层进行宏观观察和SEM表征，结果显示在纯铜导电涂层的制备过程中，粉材材融化充分，铺展良好，涂层内部几乎无裂纹，存在少量空隙，较为致密。
经检测，纯铜导电涂层的电导率为15000000S/m，导电涂层与基体的结合强度为15MPa，导电涂层的孔隙率为3％。
实施例3
(1)将碳纤维增强碳化硅复合材料基体表面用丙酮进行清洗，并采用白玉刚砂进行吹砂处理。
(2)将碳纤维增强碳化硅复合材料基体装卡到等离子喷涂设备的工作台上，用压缩空气清理基体表面。
(3)将纯银粉放入等离子喷涂设备的送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，调整等离子喷涂设备的工艺参数，将待喷涂碳纤维增强碳化硅复合材料基体表面预热至20℃，然后用等离子喷枪将纯银粉喷涂至碳纤维增强碳化硅复合材料基体表面，形成纯银导电涂层；其中喷涂参数为：电流700A，电压30V，送粉率45g/min，主气流量80SCFH，辅气流量30SCFH。
对所制备的纯银导电涂层进行SEM表征，所得结果如图3所示。根据图3的表征结果可以看处，在纯铜涂层的制备过程中，铜丝材融化充分，铺展良好，涂层表面无较大的空隙或裂纹。纯铜涂层内部几乎无裂纹，存在少量空隙，较为致密。
经检测，所得纯银涂层的电导率为17000000S/m，导电涂层与基体的结合强度为13MPa，导电涂层的孔隙率为4％。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将复合材料基体依次进行清洗和喷砂处理；
(2)将喷砂处理后的复合材料基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，采用压缩空气对复合材料基体表面进行清理；
(3)对清理后的复合材料基体表面进行预热，采用等离子喷涂法将导电金属粉末喷涂在预热后的复合材料基体表面，形成导电涂层；
其中，所述复合材料基体为纤维增强陶瓷基复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维增强陶瓷基复合材料为玻璃纤维增强陶瓷基复合材料或碳纤维增强陶瓷基复合材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗用清洗剂为丙酮；所述喷砂处理用砂为白玉钢砂。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热的温度为20～100℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电金属粉末包括纯铜粉、铜合金粉、纯银粉和银合金粉中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子喷涂的参数包括：电流为550～700A，电压为20～30V，送粉率为5～45g/min，主气流量为60～120SCFH，辅气流量为0～30SCFH。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将导电金属粉装载进入等离子喷涂设备的送粉器，设置机械手的喷涂行走路线，然后调整等离子喷涂设备的参数，对复合材料基体表面进行预热后，用等离子喷枪将导电金属粉末喷涂至复合材料基体表面。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电涂层的厚度为50～1000μm。
CN202110665461.0A 2021-06-16 2021-06-16 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法 Pending CN113355627A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110665461.0A CN113355627A (zh) 2021-06-16 2021-06-16 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110665461.0A CN113355627A (zh) 2021-06-16 2021-06-16 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113355627A true CN113355627A (zh) 2021-09-07

Family

ID=77534622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110665461.0A Pending CN113355627A (zh) 2021-06-16 2021-06-16 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113355627A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4997704A (en) * 1989-06-02 1991-03-05 Technetics Corporation Plasma-arc ceramic coating of non-conductive surfaces
KR20040026503A (ko) * 2002-09-25 2004-03-31 한국기계연구원 Ｗ-Ｃｕ복합재료 박판의 제조방법
CN105970147A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 平高集团有限公司 一种铝合金基复合材料、制备方法及应用
CN108642428A (zh) * 2018-04-11 2018-10-12 北京理工大学 一种除冰纯铜涂层
WO2019223491A1 (zh) * 2018-05-21 2019-11-28 江苏万力机械股份有限公司 一种高强度曲轴的制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4997704A (en) * 1989-06-02 1991-03-05 Technetics Corporation Plasma-arc ceramic coating of non-conductive surfaces
KR20040026503A (ko) * 2002-09-25 2004-03-31 한국기계연구원 Ｗ-Ｃｕ복합재료 박판의 제조방법
CN105970147A (zh) * 2016-06-06 2016-09-28 平高集团有限公司 一种铝合金基复合材料、制备方法及应用
CN108642428A (zh) * 2018-04-11 2018-10-12 北京理工大学 一种除冰纯铜涂层
WO2019223491A1 (zh) * 2018-05-21 2019-11-28 江苏万力机械股份有限公司 一种高强度曲轴的制造方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙联雷 等: "等离子喷涂低镍白铜涂层的组织性能研究", 《热加工工艺》 *
杨林鹏: "铝合金基体等离子喷涂铜涂层试验研究", 《轻金属》 *
胡宇 等: "等离子喷涂银基涂层性能研究", 《热喷涂技术》 *
谢源甫: "不锈钢表面等离子喷涂铜材料的研究", 《机械工程材料》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120077017A1 (en) Process for producing a metal matrix composite material
CN111235511B (zh) 多元陶瓷复合涂层的制备方法
CN109320302B (zh) 一种在基体材料上形成的高温抗氧化涂层及其制备方法
CN105648296B (zh) 一种含Re的抗高温碳化钨基金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备工艺
CN108866471B (zh) 一种耐液态铅铋合金腐蚀涂层及其制备方法
CN104174987B (zh) 在金属基体表面制备金属间化合物涂层的方法
US20190382315A1 (en) Fused and crushed thermal coating powder, system for providing thermal spray coating, and associated method
CN111848220B (zh) Mb2基超高温陶瓷涂层及其制备方法
JP7157087B2 (ja) 冷間噴霧を使用して再結晶化および高密度化構造を形成するためのプロセス
CN107267909B (zh) 一种等离子喷焊Ni基WC/TiC/LaAlO3耐磨涂层
CN108715987B (zh) 一种提高热障涂层结合强度的方法
CN107904543B (zh) 高致密铜合金涂层及其制备方法
JP2002309364A (ja) 低温溶射皮膜被覆部材およびその製造方法
Guo et al. Oxyacetylene torch ablation resistance of Co-modified WC coating deposited on C/C composites by supersonic atmosphere plasma spraying
JP2583580B2 (ja) 溶融金属浴用部材の製造方法
CN100540511C (zh) 一种复合阻碳涂层材料及其在基体上制备复合阻碳涂层的方法
CN108237220A (zh) 一种复合粉末及其制备方法和应用
CN113355627A (zh) 一种利用等离子喷涂在复合材料表面制备导电涂层的方法
DE102006046518B4 (de) Verfahren zum Beschichten eines Substrates
CN109554656B (zh) 一种常温大气氛围下致密陶瓷涂层的制备方法和系统
CN107201492A (zh) 一种等离子喷涂制备Mo‑Re涂层的方法
KR20150076270A (ko) 금속/탄소나노튜브 복합재 코팅 및 성형체 제조 방법
CN114000092B (zh) 一种二硼化铪-二硅化钽复合涂层及其制备方法
KR101922805B1 (ko) 박리방지를 위한 용사코팅층 제조방법 및 이를 이용한 용사코팅층
CN113106374A (zh) 一种耐高温高热流冲刷的复合涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination