CN87107803A - 制造复合金属沉积物的喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关一种制造复合金属沉积物的方法。该方法包括供给第一种和第二种金属流和底材；雾化两种金属流，使其经受射向该流的较冷气体的处理，以形成第一种和第二种金属颗粒的喷雾，并使喷雾以连续方式沉积于底材上。所说两种金属流可以是同基金属的不同合金，例如铝合金中含纤维、线索或耐火材料的颗粒。

Description

本发明是有关制造复合金属沉积物的喷铸方法。喷铸方法是已知技术。这种方法包括雾化金属熔流并使该熔流经受射向该流的较冷气体的处理而形成热金属颗粒的射流，进而使射流沉积在底材上。急冷及可控制冷却措施可使沉积产物具有独特的显微结构。该沉积物可轧制或加工成有一定形状的制品。但只用一种来源的熔融金属，则限制了所能取得的组成及显微结构的范围。

英国专利GB    8606733公开了喷铸方法。该方法包括与气流接触或喷射来自含有不同组成的金属材料的微细固体颗粒。颗粒沉积到涂层中。使用耐火材料颗粒，例如氧化铝或碳化硅，可使金属基体复合物具有增强的性能。

美国专利4522784公开了喷铸方法。该方法在涂铸之前将两种熔融金属流混合，要使小的金属流比大的金属流温度更高，以便在涂铸期间以及涂铸之前形成微细的金属间沉淀物。用介绍的直流喷铸方法（DC    Casting    Method）难于尽快地除去系统中的热量，以避免金属间沉积物的重熔。

英国专利GB    1359486公开了不同密度的两种难混熔金属进行涂铸的喷铸方法。包含由两种金属浓流所组成的熔融金属的单流，雾滴集于底材上。能用于这种喷铸方法的合金成份的范围是很有限的。

本发明提供一种用喷铸制造复合金属沉积物的方便方法。此方法优于先有技术，因为熔融金属流进行单独雾化，所以对两种金属成份的限制就少得多。

英国专利GB    1083003公开了制造轴承材料的方法，该方法是将Al和Pb同时喷射在带材背面上。因而显微结构包括了交错区，其大小（基本上）相当于Al和Pb熔体的喷雾熔滴。美国专利US    3826301有类似介绍。

本发明提供一种制造复合金属沉积物的方法，该方法包括供给第一种金属流、第二金属流和底材;雾化两种金属流使其经受射向该流的较冷气体的处理，以形成第一种和第二种热金属颗粒喷雾，并使喷雾连续沉积在底材上形成叠层的沉积物。

第一种和第二种金属流可由熔融金属储料容器的重力流供给。本发明设想使用二、三或更多种熔融金属流，分别雾化每种金属流，但应相应地把它们看作是相关的第一种和第二种金属流。

在本技术领域里已熟知，选择雾化条件，可控制热金属颗粒喷雾的粒度、速度、方向以及温度。雾化时，熔融金属颗粒扩展为锥形射流型，如同本技术领域的技术人员所知道的，射流型可以是环形的横断面或者加以改变以构成不同的横断面或均匀的金属颗粒分布。

底材可以是金属表面，例如可以是扁平的或圆筒形，可使金属喷雾沉积于其内表面或外表面上。一般来说，最好金属颗粒至少仍有部分处于冲击的液体，否则沉积物就太疏松。适宜的控制雾化条件，可使金属喷雾成为部分或全部液体处于冲击状态。但由于冲击时处于过冷状态，随之立刻发生固化，而且不需要通过底材吸取大量的热。

可供给底材纤维、线索或耐火材料颗粒，例如碳或碳化硅，通过这样的方式使上述材料嵌入有粘结性的复合金属沉积物中，从而增强沉积物。如果需要，也可以用上述8606733号英国专利介绍的方法，将耐火材料颗粒并入到第一种和/或第二种喷射流中。

可用三种（或多种）喷雾，例如两种喷射流可以叠加并同时操作。这样可以产生叠加结构，该涂层具有两种喷雾所产生的显微结构。或者如上述4522784号美国专利所介绍的两种叠加的喷雾，它们是经过挑选的，可以互相起作用。

组成第一种和第二种喷雾的两种金属，其比例范围并不严格。对于特殊应用，对两种（或多种）金属的适宜比例可以进行选择。第一种和第二种喷雾的喷射流可以，但不一定要重叠，就是说可安排两种喷雾冲击底材的相同或不同部位。为了采集两种金属喷雾，底材可作直线移动，往复运动或旋转。这些特点可用作进一步控制沉积物的结构。例如，如果两种喷雾的喷射流没有重叠，而底材在它们之间作往复运动，沉积物就能含有第一种和第二种金属的交替层。

如果两种喷雾的喷射流是重叠的，为了取得需要的叠层结构，必须使两种喷雾互相交替工作。为了连续操作两种喷雾，最好使两种喷射流不重叠，而使底材作往复运动或旋转，这样，两种金属交替层便可沉积在底材上。

通过连续供给一种金属流而间歇供给另一种金属流，可获得其他的结构变化。或一开始供给第一种金属流，继之供给第二种金属流。这样，沉积物便可包含第一种金属，而其表面又涂有第二种金属。在决定沉积物结构时，供给两种或多种熔融金属流，可为操作人员提供广泛的沉积物结构的选取范围。

最好，叠层的沉积至少包含两种金属层，各层互为相关的交替叠层。交替叠层的厚度对复合金属层压板的性能有显著的影响。对喷雾态的沉积物来说，每层最好的厚度范围为0.01～100毫米，更好则是1～10毫米。喷雾态沉积物可承受轧制。在许多实用场合下，轧制材每层的厚度为10～500微米，最好是30～200微米。

由于两种金属在沉积到底材之前互不接触，接着可以很快固化，因此，对所使用金属稍有限制。如果在沉积时一种金属的温度太高，以致使沉积物上另一种金属发生明显的熔化，这是一个缺点。通常可以很方便地使用同基金属的两种不同合金。对于喷涂铝合金，特别有利的方法是希望有惰性气体，如氩气或氮气，虽然这不是必不可少的。

参考图1～3，每幅图是本发明制造复合金属沉积物的装置简图。参阅图1，装置包括供给第一和第二种熔融金属流的第一炉10和第二炉12，熔融金属雾化（所用设备未示出）而成热金属颗粒的第一种喷雾14和第二种喷雾16。喷射流重叠，每种喷雾随着其他一种喷雾关断后进行操作。喷雾依次沉积于底材18上，而沉积位置及方向由设备20控制。金属喷雾和底材均置于喷雾室22之内，该喷雾室除气体和多余喷雾粉的排出口外，是密闭的。

含在载气流的耐火材料是通过射向第一种金属雾化区的管26供给的，结果被并入第一种金属喷雾14中。

图1所示装置中，底材18可保持平稳，以便在其上形成复合金属体，或者为了形成均匀的复合金属层，它可以作直线移动、旋转或作往复运动。为了处理沉积物以形成有一定形状的制品，该沉积物在底材上时，底材18可取作该形状的模。在装置中表明，如果金属滴仍是冲击态液体，沉积物基本上是无孔的，而且包含第一种金属和第二种金属的交替层。

图2和图1相对应，只是所示的两种金属喷雾14和16不重叠。在这种情况下，为了取得含有第一种和第二种金属交替层，喷雾须连续操作，而底材18须作往复运动。

图3中所示的两种金属喷雾14和16，当它冲击绕着水平轴28旋转的锥形底材18时，其喷射流是部分叠合的。纤维30是由卷筒32供给且并入沉积物中。

以下是金属混合物和合金的例子。根据本发明，所述金属混合物和合金可用于制造复合金属沉积物。在所有的情况下所说的第一种金属或合金，通常是以体积浓度存在于沉积物中。该体积浓度可等于或大于第二种金属或合金的浓度。

A、第一种金属，指定为铝业联合会登记号为7010的合金。第二种金属是较软的铝合金，例如编号为6061的铝合金或纯铝金属。编号为7010的合金一般用于航空机结构，第二种金属用微叠层结构改进断裂韧度，以减少疲劳和钝化裂纹。

B、第一种金属是7010合金，第二种金属是具有延伸性、韧性和抗疲劳的6061合金。

C、第一种金属是7010合金，第二种金属是可改进抗应力腐蚀的Al/Zn合金。

D、第一种金属是用作铠装的7075合金，第二种金属是可增强抗剥落性的Al/Si合金。

E、第一种金属是7075合金，第二种金属是Pb，它可增进密度，改进衡量冲击性，并改进显微结构以分解冲击波。

F、第一种金属是任何一种Al合金，第二种金属是Zn，该Zn涂于表面作为一层，占涂层总厚度的1～5%，有助于扩散粘结。

G、第一种金属是6061合金，第二种金属是可使产品具有延伸性和韧性的7475合金+SiC。

实例

叠层材料用来自一个雾化器的6061    Al合金和来自另一个雾化器的7475    Al合金+SiC组成，进行混合喷涂。

1.喷涂条件

使用的两个坩埚均为带有氧化锆喷嘴的氧化铝坩埚。雾化气为氮气。收集器是300毫米长×150毫米宽的铝板。该铝板以1    Hz频率在喷雾下面作往复运动。

以下是6061合金的喷涂条件

熔融温度    ＝730℃

一次气体    压力＝1.8巴

流量＝0.6米³/分

流速＝240米/秒

二次气体    压力＝5.5巴

流量＝8.0米³/分

流速＝300米/秒

7475合金的喷涂条件，除了熔融温度是710℃之外，其他与上相同。SiC细粒（F600）送入到7475喷雾中，SiC以1.72公斤/分的速度送入喷嘴。

用同样的条件制造数批材料。

2.产物的显微结构

横过剖层测定元素分布，显示出相邻层之间已有一定程度的相互扩散，这表示在它们之间已进行了有效的冶金结合。7475叠层中SiC含量为10～12%（体积）。

3.机械性能

喷涂态材料的压实，先在430℃热轧为约2毫米厚，然后再冷轧为1毫米厚。在使产品完全压实的过程中，可发现任何喷涂态的孔隙已堵塞，板材于500℃以溶解热处理，最少保持30分钟，并以冷水淬火。该材料于120℃进行人工时效20小时。

数批不同厚度叠层的板材，测定了它们的抗拉性能。总结果示于下表：

材料    0.2%屈服点    拉伸强度    效率

（兆帕）    （兆帕）    （%）

5层的层压板    270    369    4.4

（＝200微米）

17层的层压板    273    406    9.9

（＝70微米层）

含SiC的7475合金    525    581    1.7

6061合金    240    260    8.0

含SiC的6061合金    322    340    0.9

对裂纹开裂及裂纹扩展能量也进行了测定，结果如下。

材料    引发能量    扩展能量

（焦耳/米²） （焦耳/米²）

5层的层压板    13433    40597

（＝200微米层）

17层的层压板    17623    55788

（＝70微米层）

含SiC的7475合金    3189    8182

上述结果表明，在层压板中并入两种材料便可通过各成分改进层压板的机械性能。这个实例的结果显示，通过6061合金改进了层压板的强度和延伸性;通过含SiC的7475合金改进了层压板的延伸性，裂纹开裂和裂纹扩展能量（以改进韧性）。上述结果也表明，通过含SiC的6061合金显著地改进了层压板的各种性能（特别是延伸性）。值得注意的是，叠层区厚度对控制材料的最终性能，尤其对控制本实例层压板的延伸性和韧性是极其重要的。

Claims (9)

1、一种制造复合金属沉积物的方法，该方法包括供给第一种金属流、第二种金属流和底材，雾化两种金属流，使其经受射向该流的较冷气体的处理，以形成第一种和第二种热金属颗粒喷雾，并使喷雾以连续方式沉积于底材上，形成叠层的沉积物。

2、按照权利要求1的方法，其中雾化条件是，控制第一种和第二种金属喷雾在冲击到底材时至少仍有部分液体。

3、按照权利要求1或2的方法，其中在底材上供以纤维、线索或耐火材料颗粒，通过这样的方式使这些材料嵌入粘结性的复合金属沉积物中。

4、按照权利要求1～3中任一项的方法，其中耐火材料的颗粒应用于第一种或第二种金属流或喷雾中。

5、按照权利要求1～4中任一项的方法，其中第一种和第二种喷雾的喷射流不重叠。

6、按照权利要求1～5中任一项的方法，其中第一种和第二种金属是同基金属的不同合金。

7、按照权利要求6的方法，其中基体金属是铝。

8、按照权利要求1～7中任一项的方法，其中叠层的沉积物至少包括相关的两层是交替叠加的。

9、按照权利要求8的方法，其中的叠层在轧制后每层的厚度是10～500微米。

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