【摘 要】
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铜及铜合金凭借其自身优良的性能,被广泛应用在工业生产的各个领域,在高负荷工作环境中,零件表面会不可避免的出现裂纹、腐蚀等损坏情况。而冷喷涂技术拥有喷涂温度低、无氧化相变、粉末可回收利用等众多优点,可以很好地对损坏的零件表面进行修复,但是对于高导热、高硬度和易氧化的喷涂材料,采用传统冷喷涂技术却难以形成较高质量的涂层。本文针对传统冷喷涂技术的局限性,对其进行优化和改良,加入等离子辅助低压冷喷涂装置,
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铜及铜合金凭借其自身优良的性能,被广泛应用在工业生产的各个领域,在高负荷工作环境中,零件表面会不可避免的出现裂纹、腐蚀等损坏情况。而冷喷涂技术拥有喷涂温度低、无氧化相变、粉末可回收利用等众多优点,可以很好地对损坏的零件表面进行修复,但是对于高导热、高硬度和易氧化的喷涂材料,采用传统冷喷涂技术却难以形成较高质量的涂层。本文针对传统冷喷涂技术的局限性,对其进行优化和改良,加入等离子辅助低压冷喷涂装置,利用等离子辅助低压冷喷涂技术来制备高质量铜涂层。并对涂层分别进行扫描电镜及能谱分析、硬度分析、耐磨性能分析、耐腐蚀性能分析和退火处理。其中主要研究内容及研究结果如下:对等离子辅助低压冷喷涂技术的喷涂过程进行数值模拟,可以发现,等离子辅助装置提高了喷涂温度,且粉末颗粒并未出现熔融的现象,保留了传统冷喷涂技术原有的特性,并且提升粉末颗粒温度,会使粉末颗粒与基体的碰撞变形更加充分,使其更好地嵌入到基体中,得到致密的涂层。同时在铜涂层制备过程中可以发现,在单道次情况下,适当的降低喷枪扫描速度和适当的提高喷涂过程中的主气压强,均可以制得致密且较厚的铜涂层。相比于传统冷喷涂技术,采用等离子辅助低压冷喷涂技术所制备的铜涂层更加致密,涂层的耐磨性能和耐腐蚀性能均得到了提高。其中等离子辅助低压冷喷涂技术的最优工艺参数为:喷枪扫描速度为1mm/s,气体压强为0.8MPa。在此工艺条件下,涂层的厚度为753±23μm,涂层的孔隙率为0.596%,显微硬度值为161.2HV,摩擦系数为0.12左右,涂层在3.5wt.%的Na Cl溶液中浸泡24h,其腐蚀速率为0.094mg/cm~2·h,涂层的自腐蚀电位为-0.265V,自腐蚀电流密度为7.866×10-6A/cm~2。对等离子辅助低压冷喷涂技术制备的铜涂层分别进行300℃、500℃和700℃退火处理。当涂层的退火温度为300℃时,涂层致密,涂层中晶粒细小且尺寸均匀,发生了再结晶。涂层经过500℃热处理后,涂层较为致密,晶粒开始长大。涂层经过700℃热处理后,涂层中孔隙增多,晶粒继续长大,且出现了一定的孪晶。随着热处理温度的增加,涂层的显微硬度逐渐降低,涂层的摩擦系数相差不大而进入稳定阶段的时间逐渐增加。通过浸泡和电化学实验可以发现,涂层经300℃退火处理后,涂层的耐腐蚀性能优异,较未做热处理的涂层有了显著的提升。涂层在3.5wt.%的Na Cl溶液中浸泡24h,其腐蚀速率为0.058mg/cm~2·h。涂层的自腐蚀电位为-0.258V,自腐蚀电流密度为3.017×10-6A/cm~2。
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