[发明专利]一种基于冷喷涂高速沉积增材制造技术制备金属铱涂层的方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于冷喷涂高速沉积增材制造技术制备金属铱涂层的方法及装置，属于抗高温氧化涂层制备技术领域。该方法具体采用冷喷涂高速沉积增材制造技术将烘干后的金属铱粉末沉积到经过表面处理的高温合金基体上，从而获得相成分单一、与基体结合良好的纯金属铱防护涂层。结果表明，冷喷涂高速沉积技术是一种制备纯金属铱涂层的有效方法，较现有金属铱涂层制备工艺相比不仅具有涂层厚度大、致密性高、与基体结合力强、防护效果好等特点，同时还具有涂层基本不存在氧化和涂层的内应力为压应力的主要特点，以及可以实现快速增材制造铱涂层、且涂层局部脱落后可进行现场修复等优点。

技术领域

本发明涉及高温氧化防护涂层技术领域，具体涉及一种基于冷喷涂高速沉积增材制造技术制备金属铱涂层的方法及装置。

背景技术

铱(Ir)作为铂族贵金属，熔点高达2440℃，强度高，因为极低的氧渗透率和较高的抗氧化性能而被应用于高温抗氧化涂层。铱在2100℃时仍具有较低的氧扩散系数，是理想的氧气扩散屏蔽材料。研究结果表明(Yang Wenbin,Zhang Litong,Hua Yunfeng,et al.,Thermal stability of iridium coating prepared by MOCVD[J].InternationalJournal of Refractory Metals and Hard Materials,2009,27(1):33-36,ChenZhaofeng,Wu Wangping,Cong Xiangna.Oxidation resistance coatings of Ir-Zr andIr by double glow plasma[J].Journal of Materials ScienceTechnology,2014,30(3):268-274)，相比于其他的抗氧化涂层铱涂层具有更高的使用温度和更长的服役寿命。采用铼/铱材料体系的燃烧室工作温度可达2200℃，可显著提高发动机性能，金属铱作为涂层时，韧性的铱涂层不仅可以减少表面的裂纹，又可以在一定程度上缓解热应力，使涂层不开裂(Strife J R,Sheehan J E.Ceramic coatings for carbon-carbon composites[J].Ceramic Bulletin,1988,67(2)：369-374)。自20世纪80年代开始，美国开发了以铼为基体，铱为抗氧化涂层的空间发动机燃烧室结构，解决了铱涂层制备的基础问题和工程应用的各项关键技术(Henderson S，Stechman C,Wierenga K,et al.Performance resultsfor the advanced materials hipropellant meket(AM-BB)engine[J],A1AA,2010,6883:25-28)。国内针对高温抗氧化涂层的研究起步较晚，经过十余年的研究，始终未能攻克铱涂层制备的关键问题。然而，纯铱在应用时存在一些问题：高温氧化挥发、微孔的扩张、晶界偏聚和热辐射率低等，降低了铱涂层的使用寿命。

冷喷涂(又称冷气动力喷涂)是以压缩气体驱动金属粒子使其在完全固态下以极高的速度碰撞基板，使粒子发生剧烈的塑性变形而沉积形成涂层的一种新型喷涂技术。冷喷涂具有低温下固态沉积的特点，可以显著降低甚至完全消除传统热喷涂中氧化、相变、偏析、残余拉应力和晶粒长大等不利影响。

冷喷涂与热喷涂的最大区别是颗粒加热程度不同导致的在撞击基体；表面之前的状态不同。传统热喷涂技术的三大热源温度分别为：燃烧火焰(温度均高于2000℃)、电弧(温度达到5000℃以上)、等离子体(温度更高达16000℃)，颗粒在沉积过程中伴随颗粒的熔化、烧蚀、氧化等问题；而冷喷涂技术的颗粒在沉积过程中不发生熔化，颗粒以固态形成沉积。相比热喷涂和激光熔覆技术等以化学反应为特点的增材制造技术，冷喷涂主要优势有：

(1)喷涂效率高，沉积厚度可控；

(2)喷涂过程氧化少，无烧蚀和晶粒长大现象，适合喷涂热敏感和相变敏感材料；

(3)涂层化学成分与原材料保持一致；

(4)对基体的热影响极小；