[发明专利]制备金属基体复合物的方法以及由其制备的涂层和散料

说明书

技术领域

本发明涉及制备金属基体复合物的方法，以及使用该方法制备的金属基体复合物涂层和金属基体复合物散料(bulk)。更具体地是，本发明涉及通过金属间化合物和陶瓷颗粒的分散制备涂层的方法，所述涂层通过确保高硬度而具有耐磨性和优异的抗疲劳裂纹性能，并且不会在涂层的制备过程中对基材造成诸如热应变等破坏；本发明涉及提供通过将所述涂层从基材上分离而制备的散料的方法；以及涉及由此制备的涂层和散料。

背景技术

分散强化法(dispersion reinforcement method)用于改善合金或金属的强度、硬度、耐磨性。所述分散强化法形成金属间化合物被分散在合金或金属基体中的结构，其代表性例子有析出硬化或高硬度颗粒的分散。更具体地是，通过铝基体内金属间化合物的析出硬化可以容易地分散强化所述铝合金，因此，可有助于改善其机械性质。所述铝合金具有优异的强度、耐热性和耐用性以及归因于铝自身的轻重量，因此它们广泛用作用于航空器的热、机械部件或者汽车发动机部件的材料。

所述分散强化法可以以铝为例进行描述。

现有的经分散强化的铝合金可通过铸造、粉末冶金、热喷涂等方法制备。

在通过铸造制备的铝合金中，其中析出精细析出物的析出相均匀分布在铝基体相中，因此在室温下表现出优异强度，但由于所述析出相在暴露于高温时的急剧粗化导致其强度在高于200℃的温度下显著降低。因此，作为析出硬化的该分散强化不适于耐热性铝合金。

相反，粉末冶金是通过将铝和作为添加剂的分散体(金属粉末或陶瓷粉末)制成粉末形式并对其进行烧结从而制备铝合金的方法，由此制备的合金的特征在于精细分散相均匀地分散在所述合金中，在陶瓷粉末的情况下，在高温下不会发生分散相的粗化，因此在高温下表现出优异的特性。

然而，在含有金属粉末作为分散体的情况下，需要附加的热处理以形成金属间化合物。然而，即使在室温下，在处于空气中的所述铝金属粉末的表面上也会形成薄的铝氧化物(Al₂O₃)，该表面铝氧化物膜阻碍了铝和其他金属元素的反应并因此抑制了金属间化合物的形成。故而，由于所述粉末冶金要求在高于合金的熔点的高温下的热处理以制造金属间化合物，因此其提出了高温操作所带来的高成本以及设备的安全保护问题。

此外，所述粉末冶金牵涉到复杂的制造过程，包括烧结气氛的适当控制以防止高温下铝在烧结过程中的氧化，并且根据所述粉末冶金，已知与具有高熔点的过渡金属如Ti或Ni形成金属间化合物是非常困难的。此外，在粉末冶金中，由于是通过模具制备所需形状，因此将花费巨大成本以准备所述模具并且还具有尺寸上的局限。

所述热喷涂是通过喷涂熔融的金属并使其冷却而制备分散强化铝合金的方法。该方法会产生与铸造法中相同的问题。具体而言，当通过热喷涂制备铝-过渡金属合金时，在铝基体中形成粗二次相并表现出劣质的合金特性。

因此，根据涉及分散强化铝合金，尤其是铝-过渡金属合金的现有技术，难以得到其中均匀分散有精细金属间化合物的铝合金，并且只有在所述合金熔融温度以上的热处理才能形成金属间化合物。

通过以铝为例进行的讨论，现有的分散强化法均要求导致高成本的高温处理，并且在热处理过程中在高温下在必须防止高反应性方面存在困难，在粉末冶金的情况下，还因模具制备而导致具有尺寸限制并导致高成本。

同样，为延长在诸如摩擦、疲劳、腐蚀或磨损等磨蚀环境中使用的机械部件的寿命，已经采取了硬化部件表面或向其上涂覆耐磨材料的方法。作为改善耐磨性的涂覆材料，应用最广的是具有高硬度的材料，即诸如氧化物(例如氧化铝)、碳化物(例如SiC或TiC)和氮化物(例如Si₃N₄、TiN)等陶瓷材料。

具体地，韩国专利第1997-0045010号公报披露了一种形成涂覆膜的方法，所述涂覆膜可以取代缸膛内壁上的现有的铸铁衬套，在该方法中，通过在膛内壁上使用等离子体或电弧作为热源的热喷射形成含有陶瓷及其混合物的涂覆粉末而使耐磨性得到改善。

韩国专利第1998-017171号公报披露了一种通过利用碳化硅颗粒的等离子体喷射在铝缸体的膛侧上形成耐磨涂覆层的方法。

韩国专利第2003-0095739号公报则披露了一种通过在不锈钢气缸膛内壁上喷射喷涂用粉末组合物，同时利用高温热源将其熔融从而形成涂覆膜的方法，所述喷涂用粉末组合物是氧化铝和氧化锆的混合物。