[发明专利]一种基于微弧火花沉积技术制备柱状阵列表面的方法

说明书

本发明公开了一种基于微弧火花沉积技术制备柱状阵列表面的方法，用微弧火花沉积装置，将块状金属或零件作为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沉积装置的阳极相连，在保护气氛下，将电极靠近基体表面，所述的电极在所述的基体表面作规则或不规则移动，最终在所述的基体上形成一个由大量独立微柱体构成的阵列状表面。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，同时增大了平整表面的表面积，得到的柱状微结构与基体结合牢固，可用于强化换热，轧辊打毛，热喷涂前处理，也可以与其他表面技术相结合制备复合涂层。

技术领域

本发明涉及一种柱状阵列结构表面的制备方法，特别涉及一种基于微弧火花沉积技术制备具有柱状阵列结构表面的制备方法。

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。将材料的平整表面加工成凹凸不平的表面，其作为一种表面处理方式一直受到人们的关注和研究。柱状阵列结构表面在工程中有众多的应用，例如轧辊打毛、金属喷镀前处理、超疏水表面的制备和换热强化等。为了能够更好的应用柱状阵列结构表面，深入研究其制备方法就显得尤为重要。

目前，制备柱状阵列结构表面的方法有机械加工和腐蚀加工等方法。这些方法或多或少有其缺点，如操作复杂、设备成本高、对操作人员的要求也较高。

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。

传统制备柱状阵列结构表面的方法多是基于材料去除的方式，且操作复杂，浪费严重，加工表面多局限于平面，本发明利用微弧火花沉积技术，通过在基体表面增加材料制备柱状阵列结构表面。

发明内容

为了扩展微弧火花沉积技术的应用范围，本发明之目的在于提供一种利用微弧火花沉积技术制备柱状阵列结构表面的方法。

一种基于微弧火花沉积技术制备柱状阵列表面的方法，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，将棒状金属作为电极，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；

(2)用微弧火花沉积装置，将步骤(1)所得的前处理后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沉积装置的阳极相连，在保护气氛下，将电极靠近基体表面，所述的电极在所述的基体表面作规则或不规则移动，最终在所述的基体上形成一个由大量独立微柱体构成的阵列状表面；所述的电极与所述的工作枪相匹配。

进一步，步骤(1)中，所述的电极和基体的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。

再进一步，步骤(1)中，所述的其中铁基材料优选06Cr19Ni10、10Cr17或2Cr13，镍基材料优选Inconel625，钴基材料优选Stellite6，钛基材料优选TC4，铜基材料优选为H62或T2，铝基材料优选为7075，镁基材料优选为AZ31。