[发明专利]一种金属板材的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属板材的制备方法及装置，所述方法首先以金属材料为基材，以合金粉末为强化材料，通过冷喷涂将合金粉末沉积到基材表面以形成沉积层，然后对沉积层进行快速冷却搅拌摩擦加工得到金属板材；所述快速冷却搅拌摩擦加工通过喷射冷却剂对基材进行冷却，所述冷却剂包括液态CO₂或液态C₅H₁₂。本发明采用冷喷涂结合快速冷却搅拌摩擦加工技术成功制备了局部高强的、高塑性合金化的金属材料，本发明工艺简单、环保，合金化层与基体结合良好，合金化层的微观组织细化、均匀。金属材料的性能得到了明显提升，因此，本发明适用于金属材料改性，尤其适用于金属材料的局部改性。

技术领域

本发明属于金属表面改性技术领域，具体涉及一种金属板材的制备方 法及装置。

背景技术

金属构件在使用过程中由于金属材料失稳而出现疲劳、磨损和腐蚀等 情况，从而严重影响了金属构件的使用寿命。由于材料失稳多始于表面， 因此需要对金属材料的表面进行合金强化处理，合金强化是指在金属中加 入合金元素，使得合金元素在金属基体中形成对位错运动有阻碍作用的弥 散质点，从而提高合金强度。同时，合金元素通过改变基体的点阵类型， 使得基体的晶粒细化，增大基体的淬透性，间接提高合金的强度。

在金属材料的应用中，材料的失效往往在于局部位置受到特殊外部环 境的影响首先失效，从而导致整个材料失去应用价值，因此材料的局部改 性问题至关重要。现有技术中使用冶金熔融合金化，此方法耗费资源较大， 对环境污染大。对于一些特殊环境服役金属，其使用材料局部性能要求高， 基体性能要求低，这时使用冶金熔融制合金显得有所不足。

发明内容

针对现有技术中金属材料合金强化方法存在的不足，本发明提出一种 金属板材的制备方法及装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种金属板材的制备方法，所述方法首先以金属材料为基材，以合金 粉末为强化材料，通过冷喷涂将合金粉末沉积到基材表面以形成沉积层， 然后对沉积层进行快速冷却搅拌摩擦加工得到金属板材；

所述快速冷却搅拌摩擦加工通过喷射冷却剂对基材进行冷却，所述冷 却剂包括液态CO₂或液态C₅H₁₂。

具体的，所述冷喷涂的参数为：冷喷涂送粉气体为氮气，送粉速率为 25～35g/min，喷涂距离为20～30mm，冷却降温速率为40～50K/s；所述沉积 层的厚度为1～4mm。

具体的，所述搅拌摩擦加工的参数为：冷却剂喷射距离为2～4mm，搅 拌头转速为300～1500r/min，搅拌头前进速度为20～200mm/min。

具体的，所述基材为纯度为不小于99％的镁板或铝板；所述合金粉末 包括Al粉、Mg粉、Zn粉、Mn粉、Si粉中的任意两种或多种。

具体的，所述合金粉末的粒径为10～100微米。

优选的，所述方法具体包括以下步骤：

步骤1、根据合金化设计确定合金粉末配比，然后选取粒径为10～100 微米的金属粉末，充分混合得到合金粉末；

步骤2、将合金粉末冷喷涂至基材表面形成沉积层；其中，所述冷喷涂 的参数为：冷喷涂送粉气体为氮气，送粉气体预热温度为600℃，送粉速率 为25g/min，喷涂距离为25mm，冷却降温速率为40K/s，所述沉积层的厚 度为4mm；

步骤3、在喷射液态CO₂对基材进行冷却的条件下，对沉积层进行快速 冷却搅拌摩擦加工得到金属板材；所述液态CO₂的喷射距离为2mm，搅拌 头转速为1200r/min，搅拌头前进速度为25mm/min。