專利名稱：一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置及方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及表面涂層的制備領域，具體地說就是一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置及方法。
背景技術(shù)：
Shechtman等首次發(fā)現(xiàn)準晶以來，人們對其進行了廣泛深入的研究。準晶材料是介于周期結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)之間的一類金屬間化合物，特殊的結(jié)構(gòu)使得準晶材料具有高硬度、 高彈性模量、低膨脹系數(shù)、低摩擦系數(shù)、良好的耐磨性、低電導率、低導熱率、良好的隔熱性、 不粘性、優(yōu)異的抗氧化性等良好的綜合性能。但由于準晶材料本身的脆性，又大大限制了其應用。如何把金屬與準晶材料的優(yōu)異性能結(jié)合起來，近年來一直是材料科學與工程研究的方向。目前，準晶材料的應用主要作為表面改性材料或者作為增強相彌散分布于結(jié)構(gòu)材料中。另外，作為熱障涂層在汽車和航空發(fā)動機等部件中也得到應用。制備準晶涂層常用的方法包括等離子噴涂、爆炸噴涂、激光熔覆、超音速火焰噴涂和物理氣相沉積(PVD)等，但是采用冷噴涂法制備準晶涂層還未見報道。準晶涂層在實際應用時需制成一定厚度的涂層，因此在制備準晶涂層時，既要保持粉末狀態(tài)組成和晶體結(jié)構(gòu)，又要使涂層有一定的韌性和基體良好的結(jié)合強度。為此，功能梯度涂層(FGM，functionally graded materials)可以有效的解決這一問題。在梯度功能材料(FGM)涂層中，沿涂層厚度方向，隨涂層厚度增加，準晶相成分含量逐漸增加，金屬相成分含量則相應減小，即金屬相與準晶相涂層間無明顯界面，能很好地解決二者性能不相匹配的問題，最大程度地削弱或消除涂層中的層間應力，提高涂層與基體間的結(jié)合強度。制備準晶涂層的方法主要有激光熔覆和熱噴涂兩類，不過這兩種方法都存在涂層脆性和相變等問題。其中激光熔覆法，是利用掃描激光束垂直照射到基體上，將粉末混合物和基體層一起熔化而形成涂層。這不但需要快速凝固，而且涂層是基于基體材料上形成的。激光處理后快速凝固時，組織轉(zhuǎn)變的特點是在形成準晶相的同時產(chǎn)生大量的晶體相，會降低準晶材料的性能。熱噴涂技術(shù)作為一種快速凝固技術(shù)被認為是一種特別適合于制備準晶涂層的表面工程技術(shù)，準晶具有高溫塑性，而熱噴涂過程正是利用粉末高溫下處于熔融或半熔化狀態(tài)的粉末液滴與基體碰撞變形而相互堆積形成涂層的，因此許多準晶研究者利用等離子噴涂技術(shù)制備準晶涂層。以等離子噴涂Al-Cu-i^e準晶涂層為例因等離子體溫度很高，易氧化的Al被燒損和伴隨I相產(chǎn)生了亞穩(wěn)相β -AlCu(Fe)及θ相(Al2Cu)，降低了準晶的特性。 另外，還存在微裂紋和氣孔。故等離子噴涂準晶涂層的耐磨、耐蝕和力學性能及作為功能涂層時的電學和磁學性能受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的涂層脆性和相變等問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，該裝置包括準晶粉末送粉器、金屬或合金粉末送粉器、氣體加熱器、準晶粉末加熱器、金屬或合金粉末加熱器、氣固混合室、 超音速噴嘴，具體結(jié)構(gòu)如下準晶粉末送粉器和金屬或合金粉末送粉器分別通過管路連至氣固混合室，形成雙通道送粉結(jié)構(gòu)，在所述管路上分別設有準晶粉末加熱器和金屬或合金粉末加熱器，氣體加熱器通過管路連接氣固混合室，在氣固混合室的出口處設置超音速噴嘴。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，超音速噴嘴的出口對應設置工件，自超音速噴嘴噴出的準晶粉末和金屬或合金粉末，在工件的表面形成金屬復合梯度準晶涂層。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，準晶粉末送粉器的一側(cè)設有準晶粉末送粉器進氣口，準晶粉末送粉器的另一側(cè)通過管路連接準晶粉末加熱器；金屬或合金粉末送粉器的一側(cè)設有金屬或合金粉末送粉器進氣口，金屬或合金粉末送粉器的另一側(cè)通過管路連接金屬或合金粉末加熱器；氣體加熱器的一側(cè)設有氣體加熱器進氣口，準晶粉末送粉器、金屬或合金粉末送粉器和氣體加熱器的另一側(cè)通過管路與氣固混合室相通。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，在準晶粉末加熱器中設置溫度傳感器I，在金屬或合金粉末加熱器中設置溫度傳感器II，在氣體加熱器中設置溫度傳感器 III。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，準晶粉末送粉器進氣口、金屬或合金粉末送粉器進氣口、氣體加熱器進氣口分別與高壓氣源相連，分別為準晶粉末送粉器和金屬或合金粉末送粉器和氣體加熱器提供壓縮氣體。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，準晶粉末加熱器、金屬或合金粉末加熱器和氣體加熱器采用螺旋型加熱管結(jié)構(gòu)。一種利用所述裝置制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，采用氣體動力噴涂方法，將氣源壓縮氣體分三路，第一路進入準晶粉末送粉器，第二路進入金屬或合金粉末送粉器，作為載氣將粉末引入噴嘴；第三路連接氣體加熱器，氣體經(jīng)過預熱后進入氣固混合室，三路氣體在氣固混合室混合進入超音速噴嘴形成氣-固雙相流；氣-固雙相流在超音速噴嘴的收縮段壓縮通過喉部進入超音速噴嘴的擴張段膨脹加速達到超音速；氣-固雙相流噴射到工件的表面，其中的金屬或合金和準晶顆粒與工件表面碰撞發(fā)生嚴重的塑性變形粘接于工件表面，后繼的高動能顆粒重復這一過程，而形成金屬復合梯度準晶涂層。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，氣體動力噴涂制備復合梯度準晶涂層的工藝參數(shù)范圍如下氣-固雙相流的噴射距離為5 50mm，氣體壓強為0. 5 5. OMPa,氣體溫度為室溫至700°C，氣流流量為10 30g/s，粉末粒度為1 100 μ m，兩路送粉器分別有獨立的調(diào)節(jié)閥門，按任意比例調(diào)節(jié)金屬和準晶粉末的比例，粉末加熱器對粉末加熱，加熱溫度為室溫至600°C ；在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以300 1200m/s飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成涂層，涂層厚度為50 6000微米。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，優(yōu)選的工藝參數(shù)范圍如下
噴射距離為10 30mm，氣體壓強為2. 0 4. OMPa，氣體溫度為300 700°C，氣流流量為15 25g/s，粉末粒度為10 50 μ m，粉末加熱溫度為室溫 600°C，涂層厚度為 500 5000微米。所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，氣源使用的壓縮氣體為空氣、 氮氣、氦氣等之一種或一種以上的混合氣體，金屬粉末為塑性比較好的Al、Cu、Ti、Sn、ai或 Pb，合金粉末為塑性比較好的鋁合金、銅合金或鉛錫合金，準晶粉末為Al-CU-Fe、Al-CU-Cr、 Al-Cu-Fe-Cr, ΑΙ-Μη、A1-Mn-Si, AI-Mn-Fe, Al-Mn-Sn-Fe, Al-Fe, Al-Cr, Al_Co、Al-V、Al-ff 或Al-Mo合金粉末，工件基體材料為各種金屬材料。本發(fā)明的原理是本發(fā)明采用帶有粉末加熱器和雙通道送粉的冷噴涂裝置，并采用冷氣動力噴涂的方法制備金屬復合梯度準晶涂層，其特點是噴涂顆粒速度高和噴涂溫度較低，粉末溫度可以控制，可以采用雙通道送粉，送粉比例可以任意調(diào)節(jié)。在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，高速(300 1200m/s)飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成涂層，制備的涂層可以是兩種材料任意比例調(diào)節(jié)。由于粉末溫度可以控制在相變溫度之下，因此很難發(fā)生相變和氧化等現(xiàn)象，是梯度準晶涂層制備的新技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點是1、本發(fā)明在冷噴涂裝置的基礎上，采用雙通道送粉，粉末溫度可控的方法，用金屬 Al、Cu或其合金等和準晶粉末復合制備梯度準晶涂層，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬或合金粉末與準晶粉末以任意比例混合制備復合準晶梯度涂層。2、本發(fā)明能夠在多種基體材料表面直接制備金屬復合準晶梯度涂層。3、本發(fā)明所述方法制備的復合準晶梯度涂層具有涂層梯度分布均勻，并能以任意比例調(diào)節(jié)的優(yōu)點。4、在常溫下，準晶材料為脆性；在常壓下，準晶相在高溫轉(zhuǎn)變?yōu)榫w相。冷噴涂準晶涂層，可以控制在相變溫度之下。因此，在提高冷噴涂工作氣體溫度的同時，直接對準晶粉末加熱，以提高沉積效率和涂層與基體的結(jié)合力。


圖1為本發(fā)明改進的氣體動力噴涂裝置示意圖。圖中，1準晶粉末送粉器；2金屬或合金粉末送粉器；3氣體加熱器；4準晶粉末加熱器；5金屬或合金粉末加熱器；6氣固混合室；7超音速噴嘴；71收縮段；72喉部；73擴張段；8工件；9涂層；10準晶粉末送粉器進氣口 ；11金屬或合金粉末送粉器進氣口 ； 12氣體加熱器進氣口 ；13溫度傳感器I ；14溫度傳感器II ；15溫度傳感器III。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，是將冷噴涂裝置 (中國發(fā)明專利，專利號ZL01128130. 8和專利號ZL200410034941. 3)進行改進，增加粉末加熱器和雙通道送粉結(jié)構(gòu)。該裝置包括準晶粉末送粉器1、金屬或合金粉末送粉器2、氣體加熱器3、準晶粉末加熱器4、金屬或合金粉末加熱器5、氣固混合室6、超音速噴嘴7、工件 8、涂層9、準晶粉末送粉器進氣口 10、金屬或合金粉末送粉器進氣口 11、氣體加熱器進氣口
612、溫度傳感器I 13、溫度傳感器II 14、溫度傳感器III 15等，具體結(jié)構(gòu)如下準晶粉末送粉器1和金屬或合金粉末送粉器2分別通過管路連至氣固混合室6，形成雙通道送粉結(jié)構(gòu)，在所述管路上分別設有準晶粉末加熱器4和金屬或合金粉末加熱器5。 準晶粉末送粉器1的一側(cè)設有準晶粉末送粉器進氣口 10，準晶粉末送粉器1的另一側(cè)通過管路連接準晶粉末加熱器4 ；金屬或合金粉末送粉器2的一側(cè)設有金屬或合金粉末送粉器進氣口 11，金屬或合金粉末送粉器2的另一側(cè)通過管路連接金屬或合金粉末加熱器5 ；氣體加熱器3的一側(cè)設有氣體加熱器進氣口 12，準晶粉末送粉器1、金屬或合金粉末送粉器2和氣體加熱器3的另一側(cè)通過管路與氣固混合室6相通。在氣固混合室6的出口處設置超音速噴嘴7，超音速噴嘴7的出口對應設置工件8，準晶粉末和金屬或合金粉末自超音速噴嘴 7噴出后，在工件8的表面形成涂層9。本發(fā)明中，在準晶粉末加熱器4中設置溫度傳感器I 13，在金屬或合金粉末加熱器5中設置溫度傳感器II 14，在氣體加熱器3中設置溫度傳感器III 15。本發(fā)明中，準晶粉末送粉器進氣口 10、金屬或合金粉末送粉器進氣口 11、氣體加熱器進氣口 12分別與高壓氣源(如空壓機)相連，分別為準晶粉末送粉器1和金屬或合金粉末送粉器2和氣體加熱器3提供壓縮氣體。本發(fā)明中，準晶粉末加熱器4、金屬或合金粉末加熱器5和氣體加熱器3采用螺旋型加熱管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，超音速噴嘴7(參見中國發(fā)明專利，專利號ZL01128130.8)內(nèi)腔為收縮段71、喉部72、擴張段73三部分形成，收縮段71為亞音速段，為維托辛基曲線形光滑連續(xù)收縮結(jié)構(gòu)，與喉部72過渡連接，擴散段73為超音速段軸對稱位流式結(jié)構(gòu)，與喉部72過渡連接，它包括初始膨脹段和消波段，初始膨脹段為光滑連續(xù)過渡結(jié)構(gòu)，其間為泉流區(qū)，消波段為平行于軸線的軸對稱結(jié)構(gòu)，其間為均勻區(qū)，所述收縮段71與氣固混合室6相連通。超音速噴嘴7進氣口的截面積與喉部和出氣口的截面積符合要求的比例，以保證氣流在出口處獲得超音速。本發(fā)明采用氣體動力噴涂技術(shù)，冷噴涂裝置是利用壓縮氣體送粉并對粉末加速， 驅(qū)動氣體和載氣由壓力0. 5 5. OMPa的空壓機提供，兩路送粉分別采用獨立控制，任意調(diào)節(jié)送粉比例，可以實現(xiàn)涂層的梯度調(diào)節(jié)。冷噴涂過程中，可以控制載氣溫度在準晶材料相變溫度之下進行噴涂，增加了粉末加熱器后，可以在噴涂過程中將從送粉器噴出的粉末加熱到設定的溫度，一般不超過載氣加熱的溫度。另外，冷噴涂裝置上的溫度傳感器可以將載氣加熱和送粉加熱溫度分別反饋到控制器上，以便實時監(jiān)控和調(diào)控。本發(fā)明的工作過程是氣源壓縮氣體分三路，第一路進入準晶粉末送粉器1，第二路進入金屬或合金粉末送粉器2，作為載氣將粉末引入噴嘴；第三路連接氣體加熱器3，氣體經(jīng)過預熱后進入氣固混合室6，三路氣體在氣固混合室6混合進入超音速噴嘴7形成氣-固雙相流。氣-固雙相流在超音速噴嘴7的收縮段加速到音速，通過喉部進入超音速噴嘴的擴張段，而后在超音速噴嘴7的擴張段繼續(xù)膨脹加速達到超音速。氣-固雙相流噴射到工件的表面，其中的金屬或合金和準晶顆粒與工件表面碰撞發(fā)生嚴重的塑性變形粘接于工件表面，后繼的高動能顆粒重復這一過程，而形成金屬復合梯度準晶涂層。
上述氣體動力噴涂制備金屬復合梯度準晶涂層的工藝參數(shù)范圍如下噴射距離為5 50mm，氣體壓強為0. 5 5. OMPa,氣體溫度為室溫至700°C，氣流流量為10 30g/s，粉末粒度為1 100 μ m，兩路送粉器分別有獨立的調(diào)節(jié)閥門，可以任意比例調(diào)節(jié)金屬和準晶粉末的比例，粉末加熱器可以對粉末加熱，加熱溫度為室溫至600°C。 在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以300 1200m/s飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成涂層，涂層厚度為50 6000微米，涂層與基體的抗拉強度30 80MPa，剪切強度20 50MPa。優(yōu)選的工藝參數(shù)范圍如下噴射距離為10 30mm，氣體壓強為2. 0 4. OMPa，氣體溫度為300 700°C，氣流流量為15 25g/s，粉末粒度為10 50 μ m，粉末加熱溫度為室溫 600°C，涂層厚度為 500 5000微米。其中，準晶粉末高溫塑性加熱溫度高(500 600°C)，金屬或合金粉末加熱溫度低(室溫 ioo°c )。本發(fā)明中，高壓氣源使用的壓縮氣體可以為空氣、氮氣、氦氣等之一種或一種以上的混合氣體。本發(fā)明中，金屬粉末為塑性比較好的Al、Cu、Ti、Sn、Zn或1 等，合金粉末為塑性
比較好的鋁合金、銅合金或鉛錫合金等。本發(fā)明中，準晶粉末為穩(wěn)定的準晶粉末，如A1-Cu-Fe、Al-Cu-Cr, Al-Cu-Fe-Cr, Al-Mn, Al-Mn-Si、Al-Mn-Fe、Al-Mn-Sn-Fe、Al-Fe、Al-Cr, ΑΙ-Co, Al-V, Al-ff 或 Al-Mo 等合金粉末。本發(fā)明中，工件基體材料可以為各種金屬材料(如鈦合金、鋁合金、鎂合金、碳鋼或不銹鋼等)。實施例1本實施例中，在鋁合金基體表面沉積金屬Al粉末和準晶Al-Cu-Fe粉末復合梯度準晶涂層，工藝參數(shù)如下噴射距離為10mm，氣體壓強為3. OMPa，氣體溫度為600°C，氣流流量為20g/s，粉末粒度為30 μ m,金屬Al粉末和準晶Al-Cu-Fe粉末的重量比為1 1，Al粉末加熱溫度為 50Al-Cu-Fe粉末加熱溫度為600°C。在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以500 1200m/s高速飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成金屬復合梯度準晶涂層，涂層厚度為3000微米。本實施例中，準晶粉末、金屬粉末復合涂層中，沿涂層厚度方向，隨涂層厚度增加， 準晶相成分含量逐漸增加，金屬相成分含量則相應減小，即金屬相與準晶相涂層間無明顯界面，能很好地解決二者性能不相匹配的問題，最大程度地削弱或消除涂層中的層間應力， 提高涂層與基體間的結(jié)合強度，涂層與基體的抗拉強度70MPa，剪切強度40MPa。實施例2本實施例中，在鈦合金基體表面沉積金屬Cu粉末和準晶Al-Cu-Cr粉末復合梯度準晶涂層，工藝參數(shù)如下噴射距離為20mm，氣體壓強為2. OMPa，氣體溫度為650°C，氣流流量為25g/s，粉末粒度為40 μ m,金屬Cu粉末和準晶Al-Cu-Cr粉末的重量比為1 3，Cu粉末加熱溫度為200°C，Al-Cu-Cr粉末溫度為600°C。在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以500 1200m/s高速飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成金屬復合梯度準晶涂層，涂層厚度為4000微米。本實施例中，準晶粉末、金屬粉末復合涂層中，沿涂層厚度方向，隨涂層厚度增加， 準晶相成分含量逐漸增加，金屬相成分含量則相應減小，即金屬相與準晶相涂層間無明顯界面，能很好地解決二者性能不相匹配的問題，最大程度地削弱或消除涂層中的層間應力， 提高涂層與基體間的結(jié)合強度，涂層與基體的抗拉強度60MPa，剪切強度35MPa。實施例3本實施例中，在不銹鋼基體表面沉積金屬Si粉末和準晶Al-Cu-Fe-Cr粉末復合梯度準晶涂層，工藝參數(shù)如下噴射距離為30mm，氣體壓強為4. OMPa，氣體溫度為700°C，氣流流量為30g/s，粉末粒度為10 μ m,金屬Si粉末和準晶Al-Cu-Fe-Cr粉末的重量比為1 5，Si粉末為室溫， Al-Cu-Fe-Cr粉末加熱溫度為600°C。在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以高速飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成金屬復合梯度準晶涂層，涂層厚度為5000微米。本實施例中，準晶粉末、金屬粉末復合涂層中，沿涂層厚度方向，隨涂層厚度增加， 準晶相成分含量逐漸增加，金屬相成分含量則相應減小，即金屬相與準晶相涂層間無明顯界面，能很好地解決二者性能不相匹配的問題，最大程度地削弱或消除涂層中的層間應力， 提高涂層與基體間的結(jié)合強度。涂層與基體的抗拉強度50MPa，剪切強度30MPa。實施例結(jié)果表明，本發(fā)明裝置簡單，操作方便，成本低、效率高，可以制備任意組分比例準晶梯度涂層，在多種材質(zhì)基材上直接制備準晶梯度涂層，可以制備多種系列的二元或多元合金準晶梯度涂層。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于，該裝置包括準晶粉末送粉器、金屬或合金粉末送粉器、氣體加熱器、準晶粉末加熱器、金屬或合金粉末加熱器、 氣固混合室、超音速噴嘴，具體結(jié)構(gòu)如下準晶粉末送粉器和金屬或合金粉末送粉器分別通過管路連至氣固混合室，形成雙通道送粉結(jié)構(gòu)，在所述管路上分別設有準晶粉末加熱器和金屬或合金粉末加熱器，氣體加熱器通過管路連接氣固混合室，在氣固混合室的出口處設置超音速噴嘴。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于，超音速噴嘴的出口對應設置工件，自超音速噴嘴噴出的準晶粉末和金屬或合金粉末，在工件的表面形成金屬復合梯度準晶涂層。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于，準晶粉末送粉器的一側(cè)設有準晶粉末送粉器進氣口，準晶粉末送粉器的另一側(cè)通過管路連接準晶粉末加熱器；金屬或合金粉末送粉器的一側(cè)設有金屬或合金粉末送粉器進氣口，金屬或合金粉末送粉器的另一側(cè)通過管路連接金屬或合金粉末加熱器；氣體加熱器的一側(cè)設有氣體加熱器進氣口，準晶粉末送粉器、金屬或合金粉末送粉器和氣體加熱器的另一側(cè)通過管路與氣固混合室相通。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于， 在準晶粉末加熱器中設置溫度傳感器I，在金屬或合金粉末加熱器中設置溫度傳感器II， 在氣體加熱器中設置溫度傳感器III。
5.按照權(quán)利要求3所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于，準晶粉末送粉器進氣口、金屬或合金粉末送粉器進氣口、氣體加熱器進氣口分別與高壓氣源相連，分別為準晶粉末送粉器和金屬或合金粉末送粉器和氣體加熱器提供壓縮氣體。
6.按照權(quán)利要求1或3所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置，其特征在于， 準晶粉末加熱器、金屬或合金粉末加熱器和氣體加熱器采用螺旋型加熱管結(jié)構(gòu)。
7.一種利用按照權(quán)利要求1所述裝置制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，其特征在于，采用氣體動力噴涂方法，將氣源壓縮氣體分三路，第一路進入準晶粉末送粉器，第二路進入金屬或合金粉末送粉器，作為載氣將粉末引入噴嘴；第三路連接氣體加熱器，氣體經(jīng)過預熱后進入氣固混合室，三路氣體在氣固混合室混合進入超音速噴嘴形成氣-固雙相流；氣-固雙相流在超音速噴嘴的收縮段壓縮通過喉部進入超音速噴嘴的擴張段膨脹加速達到超音速；氣-固雙相流噴射到工件的表面，其中的金屬或合金和準晶顆粒與工件表面碰撞發(fā)生嚴重的塑性變形粘接于工件表面，后繼的高動能顆粒重復這一過程，而形成金屬復合梯度準晶涂層。
8.按照權(quán)利要求7所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，其特征在于，氣體動力噴涂制備復合梯度準晶涂層的工藝參數(shù)范圍如下氣-固雙相流的噴射距離為5 50mm，氣體壓強為0. 5 5. OMPa，氣體溫度為室溫至700°C，氣流流量為10 30g/s，粉末粒度為1 100 μ m，兩路送粉器分別有獨立的調(diào)節(jié)閥門，按任意比例調(diào)節(jié)金屬和準晶粉末的比例，粉末加熱器對粉末加熱，加熱溫度為室溫至 6000C ；在整個噴涂過程中，噴涂粒子保持固態(tài)，以300 1200m/s飛行并撞擊工件基體表面，發(fā)生強烈塑性變形、沉積工件基體表面而形成涂層，涂層厚度為50 6000微米。
9.按照權(quán)利要求8所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，其特征在于，優(yōu)選的工藝參數(shù)范圍如下噴射距離為10 30mm，氣體壓強為2. 0 4. OMPa,氣體溫度為300 700°C，氣流流量為15 25g/s，粉末粒度為10 50 μ m,粉末加熱溫度為室溫 600°C，涂層厚度為500 5000微米。
10.按照權(quán)利要求7所述的制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂方法，其特征在于， 氣源使用的壓縮氣體為空氣、氮氣、氦氣等之一種或一種以上的混合氣體，金屬粉末為塑性比較好的Al、Cu、Ti、Sn、Zn或1 ，合金粉末為塑性比較好的鋁合金、銅合金或鉛錫合金，準晶粉末為 Al-Cu-Fe、Al-Cu-Cr, Al-Cu-Fe-Cr, Al-Mn、Al-Mn-Si, Al-Mn-Fe, Al-Mn-Sn-Fe, Al-Fe, Al-Cr, Al_Co、Al-V、Al-W或Al-Mo合金粉末，工件基體材料為各種金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面涂層的制備領域，具體為一種制備金屬復合梯度準晶涂層的冷噴涂裝置及方法。該裝置的準晶粉末送粉器和金屬或合金粉末送粉器分別通過管路連至氣固混合室，形成雙通道送粉結(jié)構(gòu)，在所述管路上分別設有準晶粉末加熱器和金屬或合金粉末加熱器，氣體加熱器通過管路連接氣固混合室，在氣固混合室的出口處設置超音速噴嘴。氣源壓縮氣體的一分路進入準晶粉末送粉器，一分路進入金屬粉末送粉器，一分路進入加熱器，氣體和粉末通過氣固混合室進入超音速噴嘴形成氣-固雙相流，氣-固雙相流中的固體顆粒噴射到工件表面，發(fā)生嚴重的塑性變形沉積于工件表面。本發(fā)明可以解決涂層脆性和相變等問題，可以制備多種系列的二元或多元合金準晶梯度涂層。
文檔編號B05D7/14GK102527544SQ20121004310
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者吳杰, 李鳴, 沈艷芳, 熊天英, 金花子 申請人:中國科學院金屬研究所