一种Cu/AlN@Cu金属基陶瓷复合涂层及其制备方法

本发明涉及金属基陶瓷复合涂层，尤其涉及一种cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、铜及其合金因具有优良的导电、导热性及良好的延展性和可加工性，而被广泛用作电子工业、船舶系统、航空航天等领域的关键零部件的涂层材料，在现代工业中发挥着关键作用。然而，随着铜及其合金的应用越来越广泛，它们越来越多地面临复杂的环境。例如，铜在船舶系统中经常被用于制造螺旋桨，在这种情况下，它需要面临海水侵蚀和磨损等恶劣环境，这些都会影响到零构件的使用寿命。为了改善铜及其合金的耐磨及耐腐蚀性能，通常在铜及其合金中掺杂氮化铝(aln)陶瓷硬质颗粒制备高硬度和高致密的铜基金属陶瓷复合涂层，传统的铜基金属陶瓷复合涂层采用激光熔覆、等离子喷涂、高氧燃料喷涂等热喷涂工艺沉积，这些工艺方法制备温度高，金属相氧化现象严重，涂层中残余应力高、涂层孔隙率高，为此需要开发新的涂层制备方法。

2、冷喷涂是近年来迅速发展的一种材料固态沉积技术，该方法通过高速固态粒子与基体发生碰撞产生塑性变形而形成涂层。冷喷涂的沉积温度相对低于热喷涂，因此可以通过冷喷涂获得无氧化物的涂层，克服了热喷涂遇到的工艺温度高、材料热率高以及喷涂颗粒化学成分变化的有害影响。并且涂层中的残余应力为压应力，所以冷喷涂沉积层厚度没有限制。冷喷涂技术的出现为致密耐磨耐腐蚀铜基金属陶瓷复合涂层制备提供了新的思路。陶瓷颗粒增强到金属基体中通常比未增强的基体具有更好的耐磨性。其次陶瓷颗粒的强化夯实作用使涂层更加致密从而表现出更好的耐腐蚀性。但现有技术(王喜茂，冷喷涂铜基ti3alc2复合涂层的载流摩擦学行为研究)表明，冷喷涂的原料粉末采用机械混合法制备时会导致涂层中陶瓷含量降低，还可能导致陶瓷相断裂，从而使涂层产生缺陷，降低涂层的耐磨耐腐蚀性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层及其制备方法，所制备的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层具有优异的耐磨耐腐蚀性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、将aln粉与化学粗化液混合，进行粗化，得到粗化产物；所述化学粗化液的组分包括碳酸钠和磷酸钠；

5、将所述粗化产物与化学敏化液混合，进行敏化，得到敏化产物；所述化学敏化液的组分包括氯化亚锡和酸；

6、将所述敏化产物与银氨溶液混合，进行活化，得到活化aln；

7、将所述活化aln与化学镀液混合，进行包覆，得到aln@cu复合物；所述化学镀液的组分包括硫酸铜、乙二胺四乙酸二钠、甲醛和2,2-联吡啶；

8、将所述aln@cu复合物与cu粉混合，得到cu/aln@cu混合物；

9、采用冷喷涂方法，将所述cu/aln@cu混合物喷涂于金属基体，得到cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层。

10、优选的，所述aln粉的晶粒尺寸为10～23μm。

11、优选的，所述化学粗化液中，碳酸钠的浓度为5～15g/l；磷酸钠的浓度为10～15g/l；所述粗化的时间为10～15min。

12、优选的，所述化学敏化液中，氯化亚锡的浓度为4～6g/l；酸的浓度为4～8ml/l；所述敏化的时间为10～15min。

13、优选的，所述银氨溶液中硝酸银的浓度为4～6g/l；所述活化的时间为20～30min。

14、优选的，所述化学镀液中，硫酸铜的浓度为15～20g/l；乙二胺四乙酸二钠的浓度为20～30g/l；甲醛的浓度为10～20ml/l；2,2-联吡啶的浓度为25～35mg/l；ph值为12～13；

15、所述包覆的温度为60～75℃，时间为0.5～1.5h。

16、优选的，所述aln@cu复合物中，aln的质量分数为40～50％。

17、优选的，所述cu粉的晶粒尺寸为8～24μm；所述cu/aln@cu混合物中，aln的体积分数为10～30％。

18、优选的，所述冷喷涂的条件包括：载流气体为氮气，气体温度为550～650℃，气体压力为3～5mpa，喷涂距离为20～40mm。

19、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层。

20、本发明提供了一种cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层的制备方法，本发明采用化学镀方法在aln陶瓷粉体表面包覆金属铜，得到包覆型aln@cu复合物，然后将aln@cu复合物与cu粉的混合物进行冷喷涂制备复合涂层，由于冷喷涂方法的喷涂温度较低，在制备的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层中，铜金属相不会发生氧化现象，同时由于aln@cu上铜镀层的存在，可与混合的铜粉发生协同塑性变形，进一步降低涂层的孔隙率，从而减少了腐蚀介质的渗透，显著提高了涂层的耐腐蚀性；同时aln陶瓷相的沉积效率增加，因而本发明所制备的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层存在大量aln陶瓷增强相，显著提高了涂层的耐磨性。本发明在aln表面化学包覆金属铜涂层后，再与cu粉机械混合，包覆铜层后的aln@cu粉体密度提高，冷喷涂过程中促进了陶瓷粉体在涂层中的沉积，解决了现有采用机械混合法制备涂层时导致涂层中陶瓷含量降低并进一步导致陶瓷相断裂从而降低涂层的耐磨耐腐蚀性能的问题。

21、实验结果表明，本发明制备的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层结构致密，摩擦系数及磨损率显著降低，自腐蚀电流密度和腐蚀速率显著降低，具有良好的致密性、耐磨性能和耐腐蚀性能。

技术特征：

1.一种cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述aln粉的晶粒尺寸为10～23μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学粗化液中，碳酸钠的浓度为5～15g/l；磷酸钠的浓度为10～15g/l；所述粗化的时间为10～15min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学敏化液中，氯化亚锡的浓度为4～6g/l；酸的浓度为4～8ml/l；所述敏化的时间为10～15min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银氨溶液中硝酸银的浓度为4～6g/l；所述活化的时间为20～30min。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化学镀液中，硫酸铜的浓度为15～20g/l；乙二胺四乙酸二钠的浓度为20～30g/l；甲醛的浓度为10～20ml/l；2,2-联吡啶的浓度为25～35mg/l；ph值为12～13；

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述aln@cu复合物中，aln的质量分数为40～50％。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述cu粉的晶粒尺寸为8～24μm；所述cu/aln@cu混合物中，aln的体积分数为10～30％。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述冷喷涂的条件包括：载流气体为氮气，气体温度为550～650℃，气体压力为3～5mpa，喷涂距离为20～40mm。

10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的cu/aln@cu金属基陶瓷复合涂层。

技术总结本发明提供了一种Cu/AlN@Cu金属基陶瓷复合涂层及其制备方法，属于金属基陶瓷复合涂层技术领域。本发明采用化学镀方法在AlN陶瓷粉体表面包覆金属铜，得到包覆型AlN@Cu复合物，然后将AlN@Cu复合物与Cu粉的混合物进行冷喷涂，喷涂温度较低，铜金属相不会发生氧化现象，同时由于AlN@Cu上铜镀层的存在，进一步降低涂层的孔隙率，同时增加了AlN陶瓷相的沉积效率，因而本发明所制备的Cu/AlN@Cu金属基陶瓷复合涂层存在大量AlN陶瓷增强相，显著提高了涂层的耐磨性。本发明制备的Cu/AlN@Cu金属基陶瓷复合涂层结构致密，具有良好的致密性、耐磨性能和耐腐蚀性能。技术研发人员：彭科瑞,周胜,朱流,沈辰康,张孟,王金芳,牟韬宇,娄柳柳,童小刚受保护的技术使用者：台州学院技术研发日：技术公布日：2024/11/4