[发明专利]异质双丝喷涂及热处理制备金属间化合物复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属间化合物复合涂层的制备方法，特别是涉及一种对异质双丝电弧喷涂层进行热扩散处理制备金属间化合物复合涂层的方法，属于热喷涂复合材料技术领域。

金属间化合物材料因其密度低、耐腐蚀和抗氧化性能好，被看作是高温环境下使用的理想材料之一。然而，由于金属间化合物的室温脆性和较差的抗蠕变性能，难以制备出大块金属间化合物材料。为避免这些问题，利用涂层加工技术制备金属间化合物被广泛研究，例如，首先制备两种金属材料的混合物，这两种材料通常以粉末形式存在，而后通过高温处理，形成金属间化合物。这种方法因工艺性好、操作简单、制备的材料性能优异而被广泛研究，并因此开发了一些金属间化合物制备工艺，如自蔓延高温合成、热喷涂、冷喷涂等。其中冷喷涂Ti/Al不乏为一种新型工艺，其基本过程是首先喷涂制备这些混合粉末的涂层，而后通过合适的热处理工艺使其发生扩散相变形成金属间化合物。冷喷涂制备金属间化合物涂层具有组织致密、氧化物含量低等优异性能，但是其主要缺点是沉积效率低下、成本高、粉末质量要求高，从而限制了其应用。

电弧喷涂技术作为一项重要的热喷涂技术，在表面涂层制备和近净成形领域被广泛接受。除了电弧喷涂粉芯丝材制备复合涂层外，电弧喷涂两根异质丝材制备复合涂层工艺也曾引起注意。例如，有发表在《中国表面工程》杂志第20卷第6期的论文“自动化电弧喷涂1Cr18Ni9Ti-Al复合涂层在废旧发动机缸体再制造中的应用”提出选用1Cr18Ni9Ti不锈钢丝与Al丝的异质双丝喷涂材料设计，制备出不锈钢扁平颗粒和铝颗粒交错沉积的复合涂层。异质双丝电弧喷涂工艺方法通常使用常规的实心丝材，来源广泛、成本低，同时该方法制备的复合涂层的混合程度几乎同采用HVOF或APS热喷涂混合粉末等方法制备的混合涂层一样，而且可以形成多种成分搭配，理论上讲，任何两根丝材都可形成组合，但是实际上，由于两根不同材质的丝材在熔点、导电性能和硬度等方面的差异，致使许多丝材组合的喷涂稳定性难以保证，最终无法按预先设想的要求制备出组织均匀的混合涂层。另外，两根异质丝材在喷涂过程中很少发生冶金反应而形成金属间化合物，形成的涂层只是两种丝材成分的机械混合产物。因此，本发明设计了一种新的异质双丝电弧喷涂成形金属间化合物复合涂层材料的方法，即采用电弧喷涂M-Al异质双丝（M可以是镍或者钛）制备混合涂层，而后通过合适的热处理方法，使涂层中的Al扁平颗粒和M金属颗粒发生扩散反应，从而形成含金属间化合物的复合涂层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种异质双丝电弧喷涂及热处理制备金属间化合物复合涂层的方法，以及使用该方法所涉及的电弧喷涂设备、材料和工艺。该方法成本低廉、效率高、质量可靠。

本发明的内容基于异质双丝电弧喷涂技术制备涂层，并通过合适的热处理使涂层组分间发生扩散合金化反应形成金属间化合物，设计新型的复合涂层制备工艺流程。本发明内容的核心在于解决了三个关键技术问题。