[发明专利]一种轻金属表面冷喷涂涂层的封孔改性方法

说明书

本发明涉及轻金属表面防护技术领域，具体涉及轻金属表面防护涂层的封孔及改性的技术方法。本发明公开了一种基于双层辉光等离子渗镀技术对轻金属表面冷喷涂涂层进行封孔、扩散的等离子沉积热处理工艺方法；将冷喷涂涂层处理的轻金属工件放入双辉炉中，利用双空心阴极辉光放电效应加热工件和涂层同材质的靶材，靶材置于源极架上，在辉光放电所产生的等离子体轰击下，加热形成蒸发与溅射，在工件表面沉积，因工件受热发生扩散，对工件的冷喷涂进行封孔和扩散处理，从而消除涂层表面和内部的孔洞，并在涂层与基体工件之间形成扩散层，达到改善冷喷涂涂层与基体工件结合强度不高的缺点。

技术领域

本发明涉及飞机、船舶与汽车等的外壳和零件表面防护技术领域，具体涉及一种轻金属表面防护涂层的封孔及改性的技术方法。

背景技术

冷喷涂是压缩空气加速金属粒子到临界速度（超音速），金属粒子直击到基体表面后发生物理形变堆积而形成涂层的一种涂层制备技术。金属粒子撞扁在基体表面并牢固附着，整个过程金属粒子没有被融化。冷喷涂基本无工况要求，噪音小于60分贝。冷喷涂无高温，无火焰，无危险气体，无辐射和化学废料，可徒手操作，安全性高，且定向性及好，可操作性强，在飞机、船舶与汽车涂层制备和维修方面具有广阔的运用。

为提高飞机蒙皮和零部件的抗腐蚀性能，通常采用冷喷涂技术对其进行涂层保护、维修。然而，冷喷涂制备的防护涂层常常出现孔洞多、结合强度不足的缺点。这些缺陷导致涂层在服役条件下迅速失去保护性能。

双层辉光等离子渗镀技术（以下简称：双辉）是利用等离子体及采用固态金属材料作为欲渗元素的供给源，在可导电材料表面形成具有特殊物理化学性质的合金层。在一个真空室中，设置两个阴极一个阳极。其中一个阴极由欲渗合金元素制成，称之为源极，在阳极与阴极(工件)和源极之间分别接一个可控直流电源。当真空室达到一定的真空度并充入氩气达到一定的工作气压后，接通两个直流电源，使阳极与工件、阳极与源极之间分别产生两组辉光放电，即“双层辉光放电现象”。在辉光放电所产生的氩离子轰击作用下，源极与工件表面的合金元素均会被溅射出来，由于源极电位设定为低于工件电位或使源极功率密度高于工件功率密度，从源极溅射出来的粒子的供给量远多于阴极的反溅射量，从而使这些被溅射出来的欲渗元素的原子高速飞向工件表面，被工件表面所吸附并向内扩散，使工件表面形成所设计的合金层。通过调整工作气压、源极电位、阴极电位等参数可准确控制温度，可在一定保温时间下实现合金层中的合金元素含量及渗层厚度的控制，并在涂层与基体工件之间形成扩散层（徐重. 等离子表面冶金技术的现状与发展. 中国工程科学 2002;2:36-41.）。

基于这一原理，可利用双辉技术消除冷喷涂涂层的孔洞，并提高涂层与工件的结合强度。该工艺方法对于冷喷涂技术在飞机、船舶与汽车等的外壳和零件表面防护技术领域的进一步研发与应用具有重要意义。

发明内容

本发明目的在克服现有技术中轻金属表面冷喷涂防护涂层常常出现孔洞多、结合强度不足的缺点的不足，提供一种轻金属表面冷喷涂涂层封孔及改性的表面防护技术。本发明采用双层辉光等离子渗镀技术，对轻金属表面冷喷涂涂层制备的工件进行封孔改性处理，大大降低涂层的空隙率，并在涂层与基体工件之间形成一层扩散层，显著提高冷喷涂涂层与基体工件的结合强度，从而达到提升涂层的防护性能。