[发明专利]一种泡沫铝材料的抗高温氧化涂层的制备工艺

说明书

 

 技术领域：本发明属于铝及铝合金材料的表面保护技术领域。

 

背景技术：

泡沫铝材料是泡沫材料中的一种，它是以铝、铝合金或铝基复合材料为原料，经发泡处理后在其内部形成大量气泡的一种新型多孔材料。由于气孔的存在，使得泡沫铝具有了一系列特殊的性能:良好的可压缩性、压缩平台应力及在变形过程中泊松比的改变。优良的综合力学性能(主要是强度和刚度)以及重量轻是其基本的优点。此外，泡沫铝可以吸收与冲击方向无关的较高冲击能量，还可以有效地应用于声音吸收、电磁屏蔽和振动阻尼等方面。在需要综合利用这些性能的诸多领域，如交通运输、建筑机械、冶金化工、电子通讯、航空航天、环境保护等，多孔泡沫铝有着广阔的应用前景。

随着泡沫铝的应用范围的扩大, 高温氧化问题是主要的失效方式之一，尤其是服役条件下的高温氧化和磨损使工件的使用寿命显著缩短。这就要求泡沫铝具有高温力学性能，抗高温氧化和耐腐蚀等性能。解决这一问题的有效措施是在合金表面制备抗高温氧化防护涂层。采用热喷涂的方法在易腐蚀工件区域喷涂抗高温氧化涂层, 是高温防护最有效的方法之一。比较典型的防护涂层按其发展历史可分为以下三种类型：扩散型涂层（渗铝及其改性涂层）、包覆型涂层和热障涂层。其中铝化物涂层是在 20 世纪 50 年代发展起来的，到目前仍被广泛应用，并占整个高温涂层中的 90%。制备铝化物涂层的扩散渗铝的工艺日渐成熟，方法也很多。但由于泡沫铝自身的特点，现有的涂层方法都无法达到孔上和孔底的涂层均匀。因而还没有用于制备泡沫铝泡沫铝抗高温氧化涂层方法的报道。

 

发明内容：

本发明的目的是设计一种等离子表面合金化技术制备泡沫铝材料抗高温氧化涂层的方法。

泡沫铝材料抗高温氧化涂层的制备方法。

（1）装炉。放置渗源、泡沫铝，极间距13～19mm。

（2）抽真空。

（3）充入氩气至气压45～55Pa，打开冷却水，启动电源，先将工件电源打开，施加 400V电压，对泡沫铝进行 20min轰击。

（4）预轰击后，调整源极电压－950～－850 V和工件电压－550～450 V，使泡沫铝和源极达到700～900℃，保温。

（5）保温 1～3h 后，将工件极电压调低至 250V，继续保温 1h，然后再将源极电源关闭，工件极微辉保护降温，30min 后关闭工作极电源。

（6）继续通气通水 2h 后关闭气源水源，将炉内抽到 3Pa，关闭机械泵和所有电源，冷却到室温出炉。

 

本发明的有益效果为：

1．  本发明等离子表面合金化技术可用于泡沫铝材料抗高温氧化涂层的制备，是由于泡沫铝是一种导电的蜂窝结构。

2．  本发明的等子表面合金化技术的基本原理是利用辉光放电阴极溅射特点，使处理泡沫铝表面净化、活化，并使泡沫铝升温。而靶材中被氩离子溅射出来的金属离子（如铝、铬、钨等）在泡沫铝负偏压的吸引下，迅速沉积于工件表面并向泡沫铝基体扩散，从而形成与基体结合良好的合金扩散层。

3．  本发明的工件电压主要有两方面的作用，一方面使工件表面受到离子轰击，清洗并活化工件表面，促进合金元素的吸收和扩散；另一方面给工件进行加热，促使热扩散的进行。工件电压过高或过低都不利于得到最佳的表面浓度和渗层厚度，本发明阴极电压为-450V~-550V，

4．  本发明选择源极电压为-850V~-950V。随着源极电压的增加，离子轰击源极表面的能量和密度（即源极电流）增大，因此源极电压对渗层厚度的加大和渗速的提高是有利的，在考虑能耗与设备的最大功率的前提下，提高源极电压。

5．  本发明的保温温度为700～900℃，保温时间1～3h 。温度越高，欲渗金属元素在基体中的扩散速度越快，渗层越厚。

6．  本发明的特点：本发明条件下制备出的渗铝层的厚度最高达 25μm，膜层致密、晶粒较均匀、表面粗糙度低。

 

下面表1是泡沫铝材料抗高温氧化涂层的制备工艺参数的结果。

表1 制备工艺参数的结果

工件电压（V）源极电压（V）气压（Pa）极间距（mm）厚度值（μm）－450－950451420－550－950501623－550－850501825－500－850551919