[发明专利]一种软金属粉末和硬质颗粒制备复合涂层的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及金属复合涂层的制备技术，具体地说就是一种软金属粉末和硬质颗粒制备复合涂层的方法及装置。

背景技术

在现有的技术中有多种方法制备金属和陶瓷复合涂层，但总是存在很多的问题，详见2008年《陶瓷》杂志第四期“金属陶瓷复合涂层制备技术的研究现状”，如用热喷涂法制备金属陶瓷涂层时，喷涂材料利用率低、难以制备厚度较大的涂层材料等。蔓延高温合成技术其缺点是应用中受原材料体系选择的限制较大，制备较大厚度的致密涂层比较困难。激光熔覆技术设备的一次性投资大，运行成本高，尤其是大面积熔覆时，由于光斑尺寸小而必须采取搭接工艺措施，增加了冶金缺陷产生的概率。在溶胶-凝胶法中所用原料多数为有机化合物，成本高且有些对人体有害，处理时间长，制品易开裂等。真空液相烧结法制备金属-陶瓷复合涂层时，通常采用料浆涂敷或喷涂工艺，料浆法涂层由于不致密，故抗破裂的能力比粉末法涂层低。用气体动力喷涂法制备一些软金属(如纯铝涂层等)也存在结合力差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软金属粉末和硬质颗粒制备复合涂层的方法及其专用装置，该方法可以制备不同组分比例的复合涂层，并且硬质颗粒弥散分布在软金属涂层中，可以在多种材质基材上直接制备涂层，且厚度不受限制；该装置结构简单、操作方便。

为实现上述目的，本发明的技术方案：

一种软金属粉末和硬质颗粒制备复合涂层的方法，采用气体动力喷涂技术，使用软金属粉末和硬质颗粒混合；气源压缩气体分两路，一路进入送粉器，作为载体将粉末引入超音速喷嘴；另一路进入加热器，气体经过预热后进入超音速喷嘴，在超音速喷嘴的进气口，两路气体在进气口混合形成气-固双相流，双相流在超音速喷嘴的收缩部分加速至音速，而后通过喉部在超音速喷嘴的扩张部分继续膨胀加速，双相流在喷嘴的出口处达到超音速，气-固双相流向基材喷射，将粉末沉积在基材表面，形成软金属粉末和硬质颗粒两相均匀弥散分布的涂层；其工艺参数为：喷射距离5～50mm；气体压强0.5～5.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为150～700℃，两路压缩气体的气流流量为10～30g/s，软金属粉末或硬质颗粒的粒度为1～300μm。

上述工艺参数中，优选范围如下：喷射距离15～45mm；气体压强1.0～3.0MPa；两路压缩气体中，进入送粉器的气体温度为室温，进入加热器加热后的气体温度为180～500℃，两路压缩气体的气流流量为15～25g/s，软金属粉末或硬质颗粒的粒度为10～50μm。

所用粉末为纯软金属或合金粉末与硬质颗粒采用机械混合方法制备的粉末。

所述纯软金属粉末为Al、Cu、Ag、Sn、Zn或Pb；所述合金粉末为铝合金、铜合金或铅锡合金等。

所述硬质颗粒为Al₂O₃、SnO₂、SiO₂、InO₂或金刚石。

所述气体为空气、氮气或者氦气。

本发明中，软金属粉末与硬质颗粒的重量比例为从1∶1到软金属粉末之间任意比例混合，即软金属粉末与硬质颗粒的重量比例为1∶(0～1，且不为0)，软金属粉末与硬质颗粒的优选重量比例为(1～100)∶1。

一种软金属粉末和硬质颗粒制备复合涂层的方法的专用装置，该装置设有与进气管相连的高压气源、加热器、送粉器、超音速喷嘴，所述连接高压气源的进气管分别经送粉器和加热器与超音速喷嘴相连接，置于加热器中的管路部分为螺旋形结构。

本发明中，超音速喷嘴由收缩段、喉部和扩张段三部分组成，喷嘴进气口的截面积、喉部、出气口的截面积必须符合一定的比例，以保证压缩气体通过喷嘴之后能够达到超音速。本发明超音速喷嘴采用已经公开的专利申请，该专利申请的发明名称为冷气动力喷涂装置，申请号为01128130.8，公开号为CN1403210A。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1.本发明采用气体动力喷涂技术，仅通过机械均匀混合粉末，就可利用高速气流将软金属粉末和硬质颗粒直接喷涂于工件表面，通过控制喷涂角度等参数，使粉末沉积在工件上形成均匀弥散分布的新型复合涂层，能够实现低温高速沉积软金属粉末和硬质颗粒形成复合涂层，改变了传统的制备方法必须先加热到熔化状态的做法。

2.本发明能够在多种材料表面直接制备软金属粉末和硬质颗粒混合的复合涂层，例如制备耐磨和导电涂层等。