[发明专利]一种基于微弧火花沉积技术制备类三明治结构微柱体的方法

说明书

本发明公开了一种基于微弧火花沉积技术制备类三明治结构微柱体的方法，所述方法按如下步骤进行：将块状金属或零件作为基体，将棒状金属作为电极，将基体固定于所述的工作台上，将所述的基体与微弧火花实验装置的阴极相连，所述的棒状金属作为电极固定于工作枪上，所述的工作枪与所述的微弧火花发生装置的阳极相连，在保护气氛下，将电极靠近基体表面进行沉积，通过沉积过程中按一定次序更换不同的电极，在所述的基体上沉积获得类三明治结构的微柱体。本发明简单实用、成本低，加工表面类型广，平面和曲面都能加工，为强化换热、复合涂层和金属催化等领域的研究提供了参考。

技术领域

本发明涉及一种类三明治结构微柱体的制备方法，特别涉及一种基于微弧火花沉积技术制备具有类三明治结构微柱体的制备方法。

背景技术

通过对材料表面处理可以提高材料表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性、抗疲劳强度等力学性能，以保证材料在高温、高压、重载以及强腐蚀介质工况条件下可靠的服役。微弧火花沉积又叫电火花沉积、电火花合金化、脉冲电弧焊接、脉冲电极堆焊等，是一种新型表面处理技术。它是利用脉冲电弧放电的原理，用导电材料(硬质合金、石墨等)作为工作电极(阳极)，在空气、特殊气体和液体中使之与被强化的金属工件(阴极)之间产生高频脉冲(0.1～4KHZ)放电，在10^-6～10^-5s内电极与工件接触的部位产生达到8000～25000℃的高温，利用该火花放电的能量，将熔化的电极材料熔渗至工件表面，形成具有冶金特性的强化层，从而使工件的物理和化学性能得到改善，提高零件的硬度、耐磨性、耐蚀性及热硬性等表面性能。由于其操作简单、热输入量小、热影响区小和工艺适用范围广等优点，近年来广泛应用于能源、航空、航天和军事等领域中来制备各种改性或强化表面。

微柱体结构是一种广泛应用于工业零部件表面的结构组织，例如换热器和电子器件表面的柱状结构、摩檫学领域表面的微凸体织构等。通常可以利用机械切削加工、气相沉积和激光增材制造等技术来制备微柱体机构。通过这些技术制备的微柱体，通常是单一材料的结构。众所周知，材料的硬度、耐腐蚀、耐摩擦、抗氧化、抗空蚀等性能各不相同。而在实际的工业应用中，为了发挥不同材料最大的优势，往往在同一结构上将不同材料组合使用。但是现有技术一方面通常只能加工单一材料的微柱体结构，另一方面所用设备复杂、价格昂贵，不利于广泛的应用。微弧火花沉积技术材料的应用范围广，沉积物之间呈良好的冶金结合，具有极强的应用价值。

类三明治结构微柱体的主要特征是材料具有分层性，不同材料间呈现良好的冶金结合。同时，基于微弧火花沉积技术可以在复杂曲面上制备微柱体，使他能够适用于实际复杂的工况。本发明利用微弧火花沉积技术，使用不同的电极材料直接过渡到基体上，制备类三明治结构微柱体，操作简单方便。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种通过微弧火花沉积技术制备类三明治结构微柱体的方法，加工制造简单方便。

一种基于微弧火花沉积技术制备类三明治结构微柱体的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：

(1)将块状金属或零件作为基体，棒状金属作为电极，用砂纸打磨基体和电极表面，去除氧化层，然后清洗去除油污；所述的电极材料或基体材料各自独立为铁基材料、镍基材料、钴基材料、钛基材料、铜基材料、铝基材料或镁基材料；

(2)将步骤(1)所得的基体固定于所述的工作台上，将所述的基体与微弧火花沉积装置的阴极相连，所述的棒状金属作为电极固定于工作枪上，所述的工作枪与所述的微弧火花发生装置的阳极相连，在保护气氛下，将电极靠近基体表面，使所述的电极材料沉积到基体表面，更换不同电极材料的电极，重复沉积操作，所述的基体上形成两个及以上的具有一定厚度的沉积涂层，即得类三明治结构的微柱体；所述相邻的沉积涂层使用的电极的电极材料不同。

进一步，步骤(1)中，所述的基体的表面是平面或单一弧度的曲面或波浪式曲面。

进一步，步骤(2)中，所述的沉积涂层层数为2～15，优选为3～12。