CN117385354A - 涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涂层的制备方法，涉及摩擦堆焊和固态增材技术领域。该制备方法包括，在基材的至少一个表面形成第一涂层；对第一涂层进行切削加工，以在第一涂层形成切削口；基于切削口，在基材上形成与第一涂层冶金结合的第二涂层。本发明通过对第一涂层进行切削加工，使得第一涂层上形成有切削口，在制备第二涂层时，涂层材料部分填充在该切削口中，从而使第一涂层与第二涂层在该切削口处形成冶金结合，以实现第一涂层与第二涂层之间的无孔隙衔接，提高了涂层整体的力学性能和耐蚀性能。

Description

涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及固态加工技术领域，尤其涉及一种涂层的制备方法。

背景技术

摩擦堆焊是利用母材与基材之间的相对应运动所产生的摩擦热为热源，将母材转移到基材表面以形成涂层的工艺方法。在摩擦堆焊过程中，母材旋转并与基材的表面接触，依靠接触面摩擦所产生的热使结合面两侧的材料达到热塑性状态，此时施加顶锻压力实现母材与基材的连接，同时母材沿一定方向直线运动，从而在基材表面形成涂层。

搅拌摩擦固态增材是采用内部填充母材的中空工具，中空工具带动母材旋转并水平移动，母材在旋转的同时还相对中空工具向下移动与基材表面接触，在母材与基材相对运动发生剧烈形变后软化，形变流随着中空工具的水平移动涂覆在基材表面，以形成涂层，且在中空工具轴肩的挤压作用下，使得涂层能够平整的涂覆在基材上。

现有的摩擦堆焊和搅拌摩擦固态增材涂层的制备限制于单条涂层，因为直接在涂层侧部进行下一涂层的制备，会导致其与上一涂层的衔接处出现裂缝及孔洞，如图1所示，在基材120′上制备完第一涂层130′后，直接在第一涂层130′一侧制备了第二涂层140′，造成两个涂层的衔接处出现了裂缝孔洞160′，这样对涂层的力学性能和耐蚀性能都会造成影响。

发明内容

本发明提供本申请提出了一种涂层的制备方法，以解决现有技术中制备多条涂层时，其衔接处有裂缝及孔洞的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种涂层的制备方法，所述涂层的制备方法包括以下步骤：

在基材的至少一个表面形成第一涂层；

对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口；

基于所述切削口，在所述基材上形成与所述第一涂层冶金结合的第二涂层。

作为上述技术方案的进一步改进：

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述在基材的至少一个表面形成第一涂层，包括：

对母材进行热形变处理，得到形变的母材；

下压形变的所述母材，并沿所述基材所在的平面移动形变的所述母材，以得到所述第一涂层。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述对母材进行热形变处理，得到形变的母材，包括：

将所述母材与所述基材接触，并旋转所述母材。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口，包括：

对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，其中，所述边缘区域包括相对设置的第一边缘区域和第二边缘区域以及两个相对设置的第三边缘区域，所述第三边缘区域连接于所述第一边缘区域和所述第二边缘区域之间，其中，所述第一边缘区域位于所述第一涂层的前进侧，所述前进侧与所述母材的旋转方向一致；

可选的，所述第一边缘区域包括与所述基材的表面分离的第一分离区域，所述第二边缘区域包括与所述基材的表面分离的第二分离区域，且所述第一分离区域的宽度大于所述第二分离区域的宽度。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，包括：

对所述第一边缘区域和/或所述第二边缘区域进行切削加工，以使所述第一边缘区域和/或所述第二边缘区域形成切削口。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，包括：

对所述第三边缘区域进行切削加工，以使所述第三边缘区域形成切削口。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口，包括：

对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工，以在所述第一涂层的表面形成切削口。

上述的涂层的制备方法，进一步地，在对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工中，所述切削加工的深度D1与所述第一涂层的厚度D2满足如下关系：0.15≤D1/D2≤0.25。

上述的涂层的制备方法，进一步地，在对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工，以在所述第一涂层的表面形成切削口之后，还包括：

在所述第一涂层的远离所述基材的表面形成第三涂层。

上述的涂层的制备方法，进一步地，所述切削加工为铣刀加工，所述铣刀为圆鼻立铣刀，所述圆鼻立铣刀的倒角半径不小于所述涂层的厚度；

和/或，所述圆鼻立铣刀的直径比所述涂层的母材的直径小0.5mm-1mm。

本发明具有的有益效果是：本发明提供的一种涂层的制备方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：通过对第一涂层进行切削加工，使得第一涂层上形成有切削口，在制备第二涂层时，涂层材料部分填充在该切削口中，从而使第一涂层与第二涂层在该切削口处形成冶金结合，以实现第一涂层与第二涂层之间的无孔隙衔接，提高了涂层整体的力学性能和耐蚀性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了现有技术中第一涂层与第二涂层横向衔接的结构示意图；

图2显示了本发明实施例提供的涂层的制备方法的流程示意图；

图3显示了本发明实施例提供的摩擦堆焊的示意图；

图4显示了本发明实施例提供的搅拌摩擦固态增材的示意图；

图5显示了本发明实施例提供的对第一涂层的边缘区域进行切削的立体结构示意图；

图6显示了本发明实施例提供的对第一涂层的边缘区域进行切削的主视图；

图7显示了本发明实施例提供的第一涂层与第二涂层横向衔接的立体结构示意图；

图8显示了本发明实施例提供的第一涂层与第二涂层横向衔接的主视图；

图9显示了本发明实施例提供的第一涂层与第二涂层横向衔接的结构示意图；

图10显示了本发明实施例提供的制备的大面积涂层的示意图；

图11显示了本发明另一实施例提供的制备的大面积涂层的示意图；

图12显示了本发明另一实施例提供的对第一涂层的边缘区域进行切削的立体结构示意图；

图13显示了本发明实施例提供的第一涂层与第二涂层首尾衔接的立体结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

110-母材，120、120′-基材，130、130′-第一涂层，140、140′-第二涂层，150-空心搅拌工具，160′-裂缝孔洞。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明实施例提供了一种涂层的制备方法，以解决制备大面积涂层时，相邻涂层的衔接处有裂缝及孔洞的问题。

请参阅图2，本发明实施例提供的涂层的制备方法，该涂层的制备方法包括以下步骤：

步骤S10：在基材120的至少一个表面形成第一涂层130；

步骤S20：对第一涂层130进行切削加工，以在第一涂层130形成切削口；

步骤S30：基于切削口，在基材120上形成与第一涂层130冶金结合的第二涂层140。

在本申请的一些实施例中，基材120可以是普通的合金板材。在步骤S10中，第一涂层130可以是进行热形变处理的母材110，母材110可以采用性能相对优异的合金材料，例如，母材110可以采用7A04高强度铝合金，或者是904超级奥氏体不锈钢，或者是304奥氏体不锈钢，还可以是718镍基合金。热形变的方式可以是直接加热，或者是摩擦产热。然后下压形变的母材110，同时沿基材120所在的平面移动形变的母材110，以得到第一涂层130。

在本申请的一些实施例中，对第一涂层130进行切削加工时，通过在第一涂层130宽度方向的侧边或者是长度方向的端部进行切削加工，也可以是在第一涂层130的表面进行切削加工，以形成与后一涂层进行冶金结合的切削口。切削加工的方式可以是铣刀加工，或者是电火花加工，也可以是砂轮打磨加工。

在本申请的一些实施例中，在基材120上形成与第一涂层130冶金结合的第二涂层140时，先将形变的母材110移动至第一涂层130形成有切削口的侧边或者端部或者上方，且母材110靠近切削口，然后沿基材120所在的平面或者是第一涂层130的表面移动形变的母材110，从而形成第二涂层140。由于第一涂层130上形成有切削口，在制备第二涂层140时，形变的母材110部分填充在该切削口中，从而使第二涂层140与第一涂层130在该切削口处形成冶金结合，以实现第一涂层130与第二涂层140之间的无孔隙衔接，提高涂层整体的力学性能和耐蚀性能。

具体地，在本申请的一些实施例中，对母材110进行热形变处理，得到形变的母材110，包括：将母材110与基材120接触，并旋转母材110，由于母材110与基材120之间的相对运动产生摩擦热，使得母材110软化形成塑性形变流，在沿基材120所在的平面移动母材110后，可以将母材110涂覆在基材120表面形成第一涂层130。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种摩擦堆焊的结构示意图，通过将母材110与基材120表面接触，并旋转母材110，使母材110软化形成塑性形变流，以涂覆在基材120表面形成第一涂层130。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种搅拌摩擦固态增材的结构示意图，将母材110与基材120表面接触，并通过空心搅拌工具150带动母材110旋转，使母材110软化形成塑性形变流，以涂覆在基材120表面形成第一涂层130。

进一步地，步骤S20：对第一涂层130进行切削加工，以在第一涂层130形成切削口，包括：对第一涂层130的边缘区域进行切削加工，以使边缘区域形成切削口，其中，边缘区域包括相对设置的第一边缘区域和第二边缘区域以及两个相对设置的第三边缘区域，第三边缘区域连接于第一边缘区域和第二边缘区域之间，其中，第一边缘区域位于第一涂层130的前进侧，前进侧与母材110的旋转方向一致。

可选的，第一边缘区域包括与基材120的表面分离的第一分离区域，第二边缘区域包括与基材120的表面分离的第二分离区域，且第一分离区域的宽度大于第二分离区域的宽度。

具体地，母材110在旋转时，其旋转方向的一侧为前进侧，与前进侧相对的另一侧为回转侧，例如，母材110顺针旋转时，前进侧是位于母材110的左侧，由于母材110旋转时对涂层一侧产生推挤作用，使得位于前进侧的第一分离区域的宽度大于位于回转侧的第二分离区域。

如图5和图6所示，对第一涂层130的边缘区域进行切削加工，以使边缘区域形成切削口，包括：对第一边缘区域和/或第二边缘区域进行切削加工，以使第一边缘区域和/或第二边缘区域形成切削口。

具体来说，可以在第一涂层130的前进侧进行切削加工，也可以在第一涂层130的回转侧进行切削加工，或者是在第一涂层130的前进侧和回转侧分别进行切削加工。在进行切削加工时，铣刀沿第一涂层130的长度方向移动，且在切削过程中，铣刀需沿第一涂层130的宽度方向向内偏移，以保证将第一分离区域和/或第二分离区域完全铣削清除。

如图7至图11所示，在制备第二涂层140时，将第二涂层140的前进侧与第一涂层130的切削口对准，从而借助母材110在旋转时对涂层前进侧产生的推挤作用，使第二涂层140前进侧的塑性形变流与第一涂层130切削口的材料发生相对运动形变产热，形成冶金的结合，从而实现涂层之间的横向无孔隙衔接。

在本申请的一些实施例中，在第一边缘区域和/或第二边缘区域形成的切削口可以是呈内凹的圆弧形，且切削口的半径不小于母材110直径的20％，示例性的，母材110的直径为15mm时，切削口的半径则为3mm，这样能够保证将第一分离区域和/或第二分离区域完全切削，使横向相邻的两条涂层衔接更加完整。

如图12所示，在本申请的另一些实施例中，对第一涂层130的边缘区域进行切削加工，以使边缘区域形成切削口，包括：对第三边缘区域进行切削加工，以使第三边缘区域形成切削口。

具体来说，可以在第一涂层130的起始端或者是终止端进行切削加工。在进行切削加工时，铣刀移动至第一涂层130的端部，在第一涂层130的端部切削一个直径略大于母材110的弧形切削口。

如图13所示，在制备第二涂层140时，将母材110移动至该弧形切削口，母材110在旋转和下压时，其端部的塑性形变流与弧形切削口的材料相对运动形变产热，形成冶金的结合，从而实现涂层之间的首尾无孔隙连接。

进一步地，在本实施方式中，切削加工为铣刀加工，铣刀可以是圆鼻立铣刀，在对第一边缘区域和/或第二边缘区域进行切削加工时，圆鼻立铣刀的倒角半径不小于涂层的厚度，这样能够使切削出来的切削口的底端与基材120相切，在制备第二涂层140时，只需将母材110的边沿对准切削口底端与基材120相切的位置，即可实现涂层之间的横向无孔隙结合。

在对第三边缘区域进行切削加工时，圆鼻立铣刀的直径比涂层的母材110的直径小0.5mm-1mm，这样在制备后一条涂层时，可以将母材110移动至前一涂层端部的切削口内，即可实现涂层之间的首尾无孔隙结合。

在一些实施例中，步骤S20：对第一涂层130进行切削加工，以在第一涂层130形成切削口，包括：对第一涂层130的背离基材120的表面进行切削加工，以在第一涂层130的表面形成切削口。

对第一涂层130的表面进行切削加工，其目的是将第一涂层130的上表面整平以及清理第一涂层130上表面的氧化层，以便于后续在第一涂层130上表面制备下一涂层。

进一步地，在对第一涂层130的背离基材120的表面进行切削加工中，切削加工的深度D1与第一涂层130的厚度D2满足如下关系：0.15≤D1/D2≤0.25。

在本申请的另一些实施例中，在对第一涂层130的背离基材120的表面进行切削加工，以在第一涂层130的表面形成切削口之后，还包括：在第一涂层130的远离基材12的表面形成第三涂层。

通过对第一涂层130表面进行切削加工后，可将第一涂层130表面粗糙以及氧化层铣削去除，以增强第三涂层与第一涂层130之间的结合力，实现涂层增厚的目的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种涂层的制备方法，其特征在于，包括：

在基材的至少一个表面形成第一涂层；

对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口；

基于所述切削口，在所述基材上形成与所述第一涂层冶金结合的第二涂层。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在基材的至少一个表面形成第一涂层，包括：

对母材进行热形变处理，得到形变的母材；

下压形变的所述母材，并沿所述基材所在的平面移动形变的所述母材，以得到所述第一涂层。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对母材进行热形变处理，得到形变的母材，包括：

将所述母材与所述基材接触，并旋转所述母材。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口，包括：

对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，其中，所述边缘区域包括相对设置的第一边缘区域和第二边缘区域以及两个相对设置的第三边缘区域，所述第三边缘区域连接于所述第一边缘区域和所述第二边缘区域之间，其中，所述第一边缘区域位于所述第一涂层的前进侧，所述前进侧与所述母材的旋转方向一致；

可选的，所述第一边缘区域包括与所述基材的表面分离的第一分离区域，所述第二边缘区域包括与所述基材的表面分离的第二分离区域，且所述第一分离区域的宽度大于所述第二分离区域的宽度。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，包括：

对所述第一边缘区域和/或所述第二边缘区域进行切削加工，以使所述第一边缘区域和/或所述第二边缘区域形成切削口。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一涂层的边缘区域进行切削加工，以使所述边缘区域形成切削口，包括：

对所述第三边缘区域进行切削加工，以使所述第三边缘区域形成切削口。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述第一涂层进行切削加工，以在所述第一涂层形成切削口，包括：

对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工，以在所述第一涂层的表面形成切削口。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工中，所述切削加工的深度D1与所述第一涂层的厚度D2满足如下关系：0.15≤D1/D2≤0.25。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在对所述第一涂层的背离所述基材的表面进行切削加工，以在所述第一涂层的表面形成切削口之后，还包括：

在所述第一涂层的远离所述基材的表面形成第三涂层。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述切削加工为铣刀加工，所述铣刀为圆鼻立铣刀，所述圆鼻立铣刀的倒角半径不小于所述涂层的厚度；

和/或，所述圆鼻立铣刀的直径比所述涂层的母材的直径小0.5mm-1mm。