[发明专利]一种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方法

说明书

本发明公开了一种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方法，涉及材料工程技术领域，该方法包括：采用点热源对基材表面进行扫描处理，以使所述基材表面硬度降低直至没有析出相，和/或对冷喷涂粉末进行时效处理，直至所述冷喷涂粉末析出第二相以提高所述冷喷涂粉末的硬度；最后再利用普通的冷喷涂粉末在没有析出相的所述基材表面进行冷喷涂，或利用具有所述第二相的所述冷喷涂粉末在基材表面进行冷喷涂，或利用具有所述第二相的所述冷喷涂粉末在没有析出相的所述基材表面进行冷喷涂。如此实现了三种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方案，能达到提高粉末颗粒撞击基材表面时的嵌入深度、提高粉末颗粒与基材界面塑性应变的一致性的目的。

技术领域

本发明涉及材料工程技术领域，具体涉及一种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方法。

背景技术

冷喷涂是一种通过微米尺度的金属或金属基粉末粒子高速撞击基材表面，在完全固体条件下，通过高速撞击所产生的剧烈塑性变形与基材形成有效结合的材料沉积技术。区别于激光、火焰、等离子、电弧等沉积材料通过熔化与凝固实现材料沉积的特点，冷喷涂固态低温的材料沉积特点，使其可在大气条件下避免金属沉积材料发生氧化，同时可避免对基材的热影响。

固态颗粒高速碰撞的特性是沉积体内形成残余压应力，因此沉积体厚度的增加不会导致明显的结合强度降低，沉积体的厚度不受限制，因此，不仅可用于防护涂层的制备，还可用于破损构件的修复再制造与增材制造。

在涂层与修复再制造应用场景，除沉积体的自身性能外，沉积体与基材的结合强度对沉积体的完整性具有决定作用，结合强度不满足服役要求时，沉积体易发生剥落，从而失去目标防护性能与修复作用。因此提高沉积体的结合强度具有重要工程应用价值。

冷喷涂过程中，粉末粒子是通过高速撞击诱导的塑性变形与基材形成结合，通常条件下粉末粒子与基材的塑性变形程度越趋于一致、界面塑性变形量越大，结合强度越高。因此，领域内通常通过提高粒子的撞击速度、提升界面塑性变形程度的方式来提高沉积体的结合强度。但仅有采用昂贵的氦气作为加速气体时才能显著提高粒子的撞击速度，在大多数工程背景下不具备经济推广性。另一方面，冷喷涂过程中，对于金属材料温度越高，材料越软，越容易发生塑性变形，但由于粉末粒子会被气体加热到一定程度，而基材通常为冷态，因此，粒子高速撞击基材时，粒子的塑性应变往往比基材更大，界面塑性变形不一致，结合强度难以大幅度提高。对此，目前已有采用激光在喷涂过程中对基材进行实时加热进行软化，以提高结合强度的方法，但由于激光对工作距离十分敏感，因此对具有复杂外形的工件不适用且存在工艺参数范围窄、工作效率较低、一体化装备成本高等制约其广泛工业化应用的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方法，以克服上述技术问题。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种增强冷喷涂涂层与基材结合强度的方法，所述方法包括：

采用点热源对基材表面进行扫描处理，以使所述基材表面硬度降低直至没有析出相，再利用冷喷涂粉末在没有析出相的所述基材表面进行冷喷涂，其中，所述基材为具有第二相强化效应且无淬硬特性的金属材料；或

对冷喷涂粉末进行时效处理，直至所述冷喷涂粉末析出第二相以提高所述冷喷涂粉末的硬度，再利用具有所述第二相的所述冷喷涂粉末在基材表面进行冷喷涂，其中，所述冷喷涂粉末为具有第二相强化效应且无淬硬特性的金属材料；或

采用点热源对基材表面进行扫描处理，以使所述基材表面硬度降低直至没有析出相，以及对冷喷涂粉末进行时效处理，直至所述冷喷涂粉末析出第二相以提高所述冷喷涂粉末的硬度，再利用具有所述第二相的所述冷喷涂粉末在没有析出相的所述基材表面进行冷喷涂，其中，所述基材和所述冷喷涂粉末均为具有第二相强化效应且无淬硬特性的金属材料。

进一步的，所述第二相强化效应且无淬硬特性的金属材料为2系、6系或7系铝合金，或CuCrZr铜合金，或Inconel系列镍基合金。