一种金属涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属涂层及其制备方法，属于金属涂层技术领域。该方法包括：对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击以引起首层沉积层与基体材料的变形，从而在首层沉积层与基体之间形成界面互锁结构。该方法操作简单方便，实用性强。通过方法制备得到的金属涂层与金属零件之间具有界面互锁结构，与传统涂层以部分冶金结合和简单的机械咬合界面相比，能够大幅度提高涂层与基体界面之间的结合强度，达到与相应材料自身的强度相当的程度，大大提高了涂层的防护性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种金属涂层及其制备方法
本专利技术涉及金属涂层
，具体而言，涉及一种金属涂层及其制备方法。
技术介绍
在零件表面制备金、银、铜、铝和不锈钢等纯金属或合金涂层，可对基体零件实现防护，绝缘，装饰等目的，如耐磨损涂层，耐热抗氧化涂层，导电导热涂层，耐蚀涂层及催化涂层等等。喷涂是金属涂层制备的重要方法，包括电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、超音速喷涂，气体动力喷涂等。其基本原理是将粉末状或丝状的金属加热到熔融/半熔融状态，然后借助焰留、压缩气体等介质的推动，以一定速度喷射到预处理过的基体表面沉积形成涂层；或者直接将微米级的金属粉末颗粒加速到很高的速度，通过撞击产生强烈的塑形变形进而完成金属材料的沉积，从而形成具有各种功能的金属涂层。涂层与零件之间的结合强度是喷涂涂层质量的非常重要的评价指标，直接影响装备零部件的性能、服役安全与寿命。由于涂层本质上是由大量高速飞行的喷涂粒子撞击基体逐层堆垛所形成的，在基体界面无法形成有效的大面积元素扩渗，因而涂层/基体界面通常以机械结合为主，冶金结合的含量则相对较少。冶金结合方面传统方法主要是通过调节颗粒沉积特性(包括速度、熔融状态等)与基体的表面状态(温度、化学成分等)等，进而促进界面元素扩散，提高冶金结合质量。同时，对基体利用喷砂，激光雕刻等方式对基体表面进行粗化预处理，能够有效增加界面锚合、嵌合及咬合的机械结合程度。然而此类处理方法，对于涂层/基体界面结合强度的提升有限，大多数涂层的界面结合强度在30MPa左右，与材料自身的强度存在较大差距。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种金属涂层的制备方法，其能够提高涂层与基体界面之间的结合强度，可达到与相应材料自身的强度相当的程度。本专利技术的目的之二在于提供一种由上述制备方法制备得到的金属涂层，其与基体界面之间具有较高的结合强度，防护性能和使用寿命均较高。本申请可这样实现：第一方面，本申请提供一种金属涂层的制备方法，其包括以下步骤：对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击以引起首层沉积层与基体材料的变形，并在首层沉积层与基体之间形成界面互锁结构。在可选的实施方式中，首层沉积层的材料的变形为塑性变形。在可选的实施方式中，首层沉积层的厚度不超过10000μm。在可选的实施方式中，首层沉积层通过喷涂方式沉积于基体的表面。在可选的实施方式中，能量冲击的方式包括激光冲击、电子束冲击以及喷丸冲击中的至少一种。在可选的实施方式中，当采用激光冲击的方式时，激光冲击的工艺条件包括：冲击直径为0.1-100mm，冲击距离为10-1000mm，激光移动速度为1-100mm/min，激光频率为1-1000赫兹，冲击波压力为100MPa-1TPa，单位停留时间为1-1000s，单位累加能量为1-100000焦耳/立方微米。在可选的实施方式中，当采用电子束冲击的方式时，电子束冲击的工艺条件包括：冲击直径为0.1-100mm，冲击距离为10-1000mm，电子束移动速度为1-100mm/min，单位停留时间为1-1000s，单位累加能量为1-100000焦耳/立方微米。在可选的实施方式中，当采用喷丸冲击的方式时，喷丸冲击的工艺条件包括：喷丸覆盖直径为0.1-100mm，喷丸距离为10-1000mm，喷丸移动速度为1-100mm/min，喷丸压力为0.1-10MPa，喷丸材料为硬质材料，喷丸直径为10-10000μm，单位停留时间为1-1000s，单位累加能量为1-100000焦耳/立方微米。在可选的实施方式中，硬质材料包括碳钢、不锈钢以及陶瓷中的至少一种。在可选的实施方式中，在沉积首层沉积层之前，还包括对基体进行预处理。在可选的实施方式中，预处理包括喷砂、打磨及清洗。在可选的实施方式中，制备方法还包括：于首层沉积层的背离基体的一侧的表面再沉积至少一层沉积层。在可选的实施方式中，在首层沉积层的表面再沉积其余沉积层的同时也进行能量冲击。第二方面，本申请还提供一种金属涂层，其经上述制备方法制备而得。在可选的实施方式中，金属涂层的总厚度为1-100000μm。本申请的有益效果包括：本申请通过对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击从而引起首层沉积层与基体材料的变形，从而在首层沉积层与基体之间形成界面互锁结构，与传统涂层以部分冶金结合和简单的机械咬合界面相比，能够大幅度提高涂层与基体界面之间的结合强度，达到与相应材料自身的强度相当的程度，大大提高了涂层的防护性能和使用寿命。该方法操作简单方便，实用性强，可大范围推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为试验例中实施例1对应的金属涂层与基体结合界面的微观形貌图；图2为试验例对比例1对应的金属涂层与基体结合界面的微观形貌图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本申请提供的金属涂层及其制备方法进行具体说明。本申请提出一种金属涂层的制备方法，其与传统涂层以部分冶金结合和简单的机械咬合形式不同，具体的，本申请提供的金属涂层的制备方法包括以下步骤：对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击以引起首层沉积层与基体材料的变形，并在首层沉积层与基体之间形成界面互锁结构。也即，先在基体表面沉积一层首层沉积层，随后对该首层沉积层进行能量冲击，在该外界冲击能量的不断轰击下，界面能量持续积累，变形剧烈，基体中的金属与首层沉积层中的金属互相交织融合，达到充分的互锁状态，形成高强界面结合。值得说明的是，本申请中的互锁结构并非简单地在基体与首层沉积层的界面间发生金属原子的相互扩散(也即仅是达到界面间同时含有基体及首层沉积层中的金属原子，但相互之间并不存在位置制约关系)，而是必须在相互扩散之后形成稳定的互配互锁状态，呈现出相互位置彼此受到制约的现象。本申请中，上述首层沉积层的材料的变形为塑性变形。该类型的变形为一种不可自行恢复的变形。通常，工程材料及构件受载超过弹性变形范围之后将发生永久的变形，即卸除载荷后将出现不可恢复的变形，即可称为塑性变形。通过达到塑性变形的状态，可有效维持首层沉积层与基体之间的互锁结构，避免其自发地或在外力作用下恢复成传统的机械咬合或部分冶金结合以及其它常规形式。上述首层沉积层的厚度不超过10000μm，如0.5μm、1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1000μm、5000μm或10000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击以引起所述首层沉积层与基体材料的变形，并在所述首层沉积层与所述基体之间形成界面互锁结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对基体表面沉积的首层沉积层进行能量冲击以引起所述首层沉积层与基体材料的变形，并在所述首层沉积层与所述基体之间形成界面互锁结构。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述首层沉积层的材料的变形为塑性变形。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述首层沉积层的厚度不超过10000μm；
优选地，所述首层沉积层通过喷涂方式沉积于所述基体的表面。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述能量冲击的方式包括激光冲击、电子束冲击以及喷丸冲击中的至少一种。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当采用激光冲击的方式时，所述激光冲击的工艺条件包括：冲击直径为0.1-100mm，冲击距离为10-1000mm，激光移动速度为1-100mm/min，激光频率为1-1000赫兹，冲击波压力为100MPa-1TPa，单位停留时间为1-1000s，单位累加能量为1-100000焦耳/立方微米。


6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当采用电子束冲击的方式时，所述电子束冲击的工艺条件包括：冲击直径为0.1-100mm，冲击距离为10-1000m...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢迎春，黄仁忠，陈超越，殷硕，廖汉林，刘敏，周克崧，邓畅光，
申请(专利权)人：广东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44