[发明专利]一种Cu合金导磁涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种Cu合金导磁涂层及其制备方法。该技术方案首先设计了铜和铁的配比，然后通过熔炼，气雾化制粉获得近球形的Cu‑Fe合金粉体，选择合适粒径的Cu‑Fe合金粉，在真空或惰性气体保护下进行时效处理后，采用冷喷涂工艺在基材上喷涂制备Cu‑Fe合金涂层。本发明同时结合了铜的高热导率和铁的高磁导率，且铜和铁在合金中原位结合，具有优异的导热导磁性能。时效处理促进了Cu基体中固溶Fe原子的弥散析出，提高了合金粉的热导率和磁导率，并改善粉末塑性。冷喷涂工艺可以使Fe相形成类纤维结构，增大比表面面积，提高导磁效果。而且冷喷涂工艺在金属和非金属基材上均可实现有效的涂层制备，具有涂层结合强度高、涂层组织致密、生产效率高等技术优势。

技术领域

本发明涉及功能涂层技术领域，具体涉及一种Cu合金导磁涂层及其制备方法。

背景技术

电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的。电磁炉的工作原理是磁场感应涡流加热。交变电流通过电磁炉的线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过铁质锅的底部时，磁力线被切割，从而产生涡流，使铁质锅自身的铁分子高速旋转并产生碰撞磨擦生热令锅底迅速发热，达到加热锅内食品的目的。因此电磁炉适用于高导磁金属制成的炊具，如铁锅，不锈钢锅等。而对于铝、铜等金属制成的炊具，由于材料的磁导率太低，或者砂锅等采用非金属材料制备的炊具都无法在电磁炉上使用，从而限制了电磁炉的应用场景。

目前市场上采用在铝锅底部以热喷涂法制备铁涂层或铁铝涂层来改变锅底的导磁性能，但是热喷涂法制备铁基涂层有明显的缺陷：1、热喷涂制备涂层成本太高且生产效率低；2、热喷涂过程中铁涂层易发生氧化，涂层中孔隙率较高，在使用过程中易脱落；3、热喷涂制备的铁铝涂层在粉末熔化过程中易形成FeAl₃硬脆相，导致涂层性能恶化；4、铁的导热系数远低于铝和铜，导致热传导效率下降；5、热喷涂法仅适用于金属材质的基材，在非金属炊具如砂锅上无法应用。

铜作为金属良导体具有良好的热导率和良好的耐蚀性，铁作为铁磁材料具有高的磁导率。当铁含量大于5％时，铁以富铁相形式存在于铜铁合金中，因此将一定含量的铁与铜熔炼制备成的铜铁合金具有良好的热导率和磁导率。

冷喷涂技术是一种基于高速粒子固态沉积的涂层制备方法。高压气体直接或经过气体加热器进入拉瓦尔喷嘴，形成超音速气流，带动粉末粒子(15～50μm)以极高的速度(300～1200m/s)碰撞基板，使颗粒发生强烈的塑性变形，从而沉积在基体表面形成涂层。相对热喷涂而言，冷喷涂具有以下优点：1)涂层的化学成分以及显微组织结构可与原材料保持一致；2)基体选择范围广；3)涂层中残余应力为压应力，涂层结合强度高；4)涂层致密，孔隙率低；5)喷涂速度快。

此外值得提到的，本申请人于2019年12月9日提交了名为“一种Cu-Fe原位合金箔材及其制备方法”的专利申请(公开号CN110923694A)，该技术方案通过气雾化制粉获得近球形的Cu-Fe原位合金粉体，然后采用冷喷涂工艺在基材上喷涂制备Cu-Fe原位合金涂层，最后去除基材并采用冷轧工艺对Cu-Fe合金板材进行轧制，获得具有宽频电磁屏蔽效果的Cu-Fe原位合金箔材。

尽管其同样具有配料、制粉、冷喷涂等工艺步骤，但其制备的箔材主要发挥电磁屏蔽作用，本质上是利用了铜的高电导率和铁的高磁导率对入射电磁波的屏蔽，屏蔽机理分为3部分：(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗；(2)电磁波在屏蔽材料内部传输时，电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗；(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。而本申请的Cu-Fe导磁涂层，除了在成分及制备工艺存在不同之外，本质上是利用了铜的高热导率(加快热量传递)和铁的高磁导率(电磁感应发热)，实现一个电磁感应快速传热的过程。而且冷喷涂可以实现在各种材质上的沉积，扩大了导磁涂层的范围。由此可见，本技术方案与CN110923694A在技术思路、技术原理、技术效果等方面存在本质区别，二者之间不具有启示意义，特此说明。

发明内容