[发明专利]基于铝粒子的冷喷涂沉积制备涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属材料涂层技术领域的方法，具体是一种基于铝粒子的冷喷涂沉积制备涂层的方法。

背景技术

铝是工业上应用的密度较小的金属结构材料，和其它的工程材料相比，铝具有较好的耐蚀性能，而且其硬度、强度、可塑性等机械性能都可以在很大范围内调整，加上铝制备工艺简便，回收率高，因此在在汽车、电子、电器、航空航天、国防军工、交通运输等领域取得了广泛的应用。其中，修复铝合金部件，制备铝及铝合金涂层以保护基体金属材料成为研究的热点。

由于铝的熔点很低，只有660℃，而且在室温下其表面容易氧化，生成致密的氧化铝薄膜，尽管该膜层能够阻止或者减缓铝的进一步腐蚀，但是该特性使得铝及铝合金的焊接和修复工作变得比较困难。经对现有文献检索发现，可以采用热喷涂的方法沉积铝涂层或者用来修复铝合金部件，但是由于铝的化学性质比较活跃，热喷涂过程中喷涂的材料一般处于熔化或者半熔化状态，不仅导致铝的强氧化反应，对设备和工作人员造成潜在威胁，而且和高温相关的一些缺陷都无法避免，如材料氧化、相变、晶粒长大、热应力等。同时，熔化的材料直接沉积在基体上，可能对基体造成损伤，尤其是熔点较低而且对温度比较敏感的材料，如镁合金基体。

进一步检索发现，中国专利文献号CN1651605A记载了一种“镁合金表面防护层的喷涂的工艺”，采用超音速雾化法制备铝锌粉末，随后对粉末材料进行筛分，取粒子直径分布为25-75μm的粒子，在1.5-2.5MPa下冷喷涂沉积涂层。冷喷涂作为一种新型的涂层制备技术最大的特点为整个沉积过程中，粒子的温度始终低于其熔点，故沉积后的涂层能够保留粒子在沉积前的组织和性能。但是采用直径较小的粒子不仅增加了粒子保存的难度，而且也增加了喷涂过程中爆炸的风险。另外，采用高压气体沉积涂层，其经济性也大打折扣。同时，在铝及铝合金的冷喷涂涂层中，文献表明在耐腐蚀性能方面，高纯铝优于商业纯铝，商业纯铝优于铝合金。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于铝粒子的冷喷涂沉积制备涂层的方法，使用大尺寸的铝粒子为原材料粉末，以低压低温冷喷涂技术进行沉积，用以制备表面保护涂层或者修复铝合金部件，本发明解决了现有技术中，尤其是热喷涂铝涂层制备过程中存在的各种缺陷，克服了小尺寸粒子在保存和冷喷涂过程中存在的风险，有效地降低了铝粉末粒子沉积的成本。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用氦气作为工作气体和载气，用喷枪将高纯铝粉末喷涂至经铁硅酸盐粒子喷砂处理后的基体上，实现涂层制备。

所述的高纯铝粉末由超音速雾化法制备得到，其质量分数大于99％，粒子平均直径为58μm，直径分布为7-174μm，粒子形貌不规则。

所述的工作气体的温度为270-310℃，压力为0.98MPa，载气温度为室温，压力为1.04MPa。

所述的高纯铝粉末保存于干燥无静电环境中。

所述的喷涂是指：喷枪的出口到基体表面的距离为10-15mm，喷枪喷射方向与基体之间的夹角保持在90°，且相对移动速度为1-3mm/s。

所述的喷砂处理是指：使用20目的铁硅酸盐粒子对基体表面进行喷砂处理，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在45°，然后用丙酮清洗基体表面，随即干燥。

所述的沉积是指：使用扩张段长度为66.4mm，扩张率为10.4的高耐热塑料缩放喷枪的条件下沉积喷涂得到的纯铝涂层。

同现有工艺相比较，本发明的优点为：

(1)采用冷喷涂方法沉积纯铝涂层，铝粒子沉积效率高，单道次铝涂层厚度可达900μm；涂层保留了喷涂前的铝粒子的微观形貌和特性，具有优异的耐腐蚀性能。

(2)由于使用的原材料纯铝粉末，其粒子直径和尺寸分布都很大，在喷涂前不需要筛分，不仅减少了涂层制备步骤，增加了原材料粉末的利用效率，而且降低了粉末粒子在日常维护和喷涂过程中爆炸的风险。

(3)喷涂工艺中工作气体的温度低，而且在喷枪扩张段其温度迅速下降，因此对基体几乎没有热影响。同时工作气体的工作压力也很低，在相同喷涂条件下消耗的气体量有所减少，因此降低了粒子沉积成本，提高了该技术的市场竞争力。

(4)在铝粒子的沉积过程中，基体无需预热，由此简化了粒子沉积步骤并节约了能量。

(5)使用特定的高耐热塑料喷枪对铝粒子进行加速，有效地避免了铝粒子在喷枪喉部的粘接，降低了喷枪阻塞的风险，提高了铝粒子沉积过程的安全性和稳定性。

具体实施方式