專利名稱：多孔涂層部件和使用冷噴涂制造多孔涂層部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及其上形成有多孔涂層的涂層部件和該多孔涂層部件的制造方法，更具體地，本發(fā)明涉及使用低溫噴涂法在母料的表面上形成多孔涂層的方法和其中涂層的孔隙分布及孔徑受到控制的涂層部件。
背景技術(shù)：
形成于部件表面上的多孔涂層能夠改善部件的熱性能和機(jī)械性能。
例如，如果在熱交換器的表面上形成包括彼此連通的開孔的多孔涂層，則熱交換器具有增大的與周圍空氣接觸的面積，從而確保有效的熱交換性能。同時(shí)，有時(shí)根據(jù)摩擦部件與周圍元件的關(guān)系，需要摩擦部件具有較低的強(qiáng)度和硬度。多孔涂層能夠滿足該要求。此外，當(dāng)母料與不同種類的材料結(jié)合時(shí)，由于界面處晶格錯(cuò)位而出現(xiàn)應(yīng)力。多孔涂層能夠用作緩沖層以避免結(jié)合時(shí)的應(yīng)力。
傳統(tǒng)上可以采用各種涂布方法作為在用于熱應(yīng)用和機(jī)械應(yīng)用的部件的表面上形成金屬涂層的方法。關(guān)于這點(diǎn)，所述方法可以例舉出電鍍法、熱浸鍍法或熱噴涂法。然而，這些方法在應(yīng)用方面有局限性，或者會(huì)對(duì)母料產(chǎn)生熱影響或使母料熱變形。另外，使用上述方法實(shí)際上難以人為控制涂層的孔隙率和孔隙分布。
而且，在諸如廢水或海水等腐蝕性環(huán)境中，涂布于傳統(tǒng)熱交換器的管道上的導(dǎo)熱金屬涂層會(huì)被腐蝕或在表面上生成苔狀物，因而不能發(fā)揮其功能。因此，存在不能確保耐久性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于熱應(yīng)用和機(jī)械應(yīng)用的部件以及形成用在該部件中的多孔涂層的方法，該部件不會(huì)由于熱影響而造成母料熱變形或損壞母料，并且該部件能夠應(yīng)用于各種領(lǐng)域。
本發(fā)明的另一目的是提供用于熱應(yīng)用和機(jī)械應(yīng)用的部件，在所述部件中能夠控制表面涂層的孔隙率、孔徑和孔隙分布，并且還提供了形成用在該部件中的多孔涂層的方法以及使用該方法制造的多孔涂層部件。
本發(fā)明的再一目的是提供形成具有高導(dǎo)熱率的多孔涂層的方法，該多孔涂層能夠在外部腐蝕性環(huán)境中長(zhǎng)期使用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了在母料上形成多孔涂層的方法。該方法包括提供母料，將具有下述金屬組成的粉末供給至所述母料上，所述金屬組成包含選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的至少兩種不同金屬并以xA-(1-x)B(0＜x＜1，x是A和B的重量比)表示，向粉末供應(yīng)高壓氣體，通過用高壓氣體經(jīng)超音速噴嘴來(lái)噴涂金屬粉末而將金屬粉末涂布在母料上，并對(duì)經(jīng)涂布的母料進(jìn)行熱處理以形成多孔涂層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在上述方法中，A是Al，B包括選自由Mg、Zn和Sn組成的組的金屬元素。此外，優(yōu)選經(jīng)涂布的母料的熱處理在A和B的低共熔溫度與A和B中具有較高的熔點(diǎn)的金屬的熔點(diǎn)之間的溫度下進(jìn)行。具體地，熱處理在約200℃～650℃進(jìn)行。
另外，粉末進(jìn)料還包括改變x以改變粉末的組成。
而且，本發(fā)明還提供了一種金屬涂層部件。該金屬涂層部件包含金屬母料和形成于金屬母料上的涂層，所述涂層包含至少兩種金屬元素并以xA-(1-x)B(x是A和B的重量比)表示。A和B是選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的不同金屬，當(dāng)在涂層的厚度方向上移動(dòng)時(shí)x在0＜x＜1的范圍內(nèi)變化，并且涂層孔隙率根據(jù)x的變化而變化。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，在上述部件中，沿涂層的厚度方向移動(dòng)時(shí)x增大或減小，并且涂層的孔隙率隨x的增大或減小而增大或減小。另外，A是Al，B是選自由Mg、Zn和Sn組成的組的任意一種金屬，在從金屬母料與涂層的界面向涂層表面移動(dòng)時(shí)x減小且涂層的孔隙率增大。
而且，本發(fā)明還提供了一種金屬涂層部件。該金屬涂層部件包含金屬母料和形成于金屬母料上的涂層，所述涂層包含至少兩種金屬元素并以A-B表示。A和B是選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的不同金屬，當(dāng)沿涂層的厚度方向移動(dòng)時(shí)選自上述組的A或B發(fā)生變化，并且涂層的孔隙率根據(jù)A或B的變化而變化。
在本發(fā)明中，涂層可以包含至少部分彼此互連的開孔，并且在特定的應(yīng)用領(lǐng)域中優(yōu)選開孔存在于涂層的上部。
另外，本發(fā)明提供了在母料上形成多孔碳涂層的方法。該方法包括提供母料，供給用有機(jī)粘合劑聚結(jié)的碳粉，向碳粉供應(yīng)高壓氣體，并通過使用高壓氣體經(jīng)超音速噴嘴來(lái)噴涂碳粉而將碳粉涂布在母料上。
在上述方法中，用于使碳粉粗化的有機(jī)粘合劑可以是選自由聚乙烯醇(PVA)、松香、樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和聚乙二醇(PEG)組成的組的至少一種材料。有機(jī)粘合劑的含量相對(duì)于碳來(lái)說(shuō)優(yōu)選為10重量％～30重量％。
此外，在上述方法中，可以另外對(duì)涂層進(jìn)行在400℃～500℃燒除有機(jī)粘合劑的步驟。


圖1是在本發(fā)明中用于形成涂層的低溫噴涂系統(tǒng)100的示意圖；圖2a和2b是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式形成多孔涂層的流程圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式包含具有可變組成的涂層的涂層部件200的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后具有0.5Al-0.5AlMg的組成的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后具有0.3Al-0.7AlMg的組成的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后依次層積Al/AlMg/Al/AlMg/Al成分的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后依次層積0.667Al-0.333Mg/0.5Al-0.5Mg成分的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后具有0.5Al-0.5Sn的組成的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后依次層積0.667Al-0.333Sn/0.5Al-0.5Sn成分的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在熱處理后依次層積0.667Al-0.333Zn/0.5Al-0.5Zn成分的涂層的截面的光學(xué)顯微鏡照片；圖11是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，形成多孔碳涂層的流程圖；和圖12a和12b是通過圖11的工序形成的碳涂層的截面和表面的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
下面，將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明中加速粉末以在基材(S)上形成涂層的低溫噴涂裝置100的示意圖。
噴涂裝置100以亞音速或超音速加速用于形成涂層的粉末以將其涂布于基材(S)上。關(guān)于這點(diǎn)，噴涂裝置100包括氣體壓縮機(jī)110、氣體加熱器120、粉末進(jìn)料器130和噴涂噴嘴140。
利用由氣體壓縮機(jī)110供應(yīng)的約為5大氣壓(atm)～20大氣壓的壓縮氣體以約300mm/s～1200mm/s速度經(jīng)噴涂噴嘴140噴涂由粉末進(jìn)料器130提供的約為1μm～50μm的粉末。與氣體一同噴射的粉末與基材(S)碰撞。在這點(diǎn)上，當(dāng)粉末與基材(S)碰撞時(shí)，粉末的動(dòng)能使粉末發(fā)生塑性變形，并提供與基材的結(jié)合強(qiáng)度，由此形成具有很高密度的涂層。
在裝置100中，位于壓縮氣體進(jìn)氣通道中的氣體加熱器120是用于加熱壓縮氣體以增大壓縮氣體的動(dòng)能從而提高噴涂噴嘴的噴涂速度的輔助單元。此外，如圖中所示，部分壓縮氣體可以由氣體壓縮機(jī)110進(jìn)氣至粉末進(jìn)料器130從而很好地將粉末供應(yīng)至噴涂噴嘴140中。
用于裝置100的壓縮氣體可以舉出一些市售氣體作為例子，例如氦氣、氮?dú)狻鍤饣蚩諝?，并且所用氣體的種類可以根據(jù)噴涂噴嘴140的噴涂速度和經(jīng)濟(jì)效益適當(dāng)?shù)剡x擇。
在Anatoly P.Alkimov等的美國(guó)專利5,305,414中詳細(xì)披露了該裝置的操作和構(gòu)造，在此省略了對(duì)它們的描述。
圖2a是顯示使用參考圖1所述的噴涂裝置在母料或基材上形成涂層的流程圖。
根據(jù)圖2a，本發(fā)明的方法開始于由噴涂裝置100的粉末進(jìn)料器130供應(yīng)包含兩種或兩種以上金屬的金屬粉末的步驟(S210)和由氣體壓縮機(jī)110在高壓下供應(yīng)壓縮氣體的步驟(S220)。
在供應(yīng)粉末的步驟(S210)中，包含兩種或兩種以上金屬的粉末包括選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的至少兩種金屬的混合物或固溶體，或兩者的混合物。此外，本發(fā)明中所選擇的金屬彼此不同。例如，如果選自上述組中的一種金屬包括Al，則金屬粉末的組成可以是二元體系，例如Al-Mg、Al-Zn或Al-Sn；三元體系，例如Al-Mg-Zn；或具有超過三種金屬的體系。另外，除了所列舉的金屬，也可以使用Ti、Si、Mn、Cr、Fe、Co、Ni或Cu而不會(huì)背離本發(fā)明的精神。
在本發(fā)明中，可以以固溶體的形式提供包含金屬成分的粉末。例如，可以以AlMg固溶體(即所謂的鋁鎂合金(Magal))的形式提供含有Al-Mg的金屬粉末。另外，可以以固溶體粉末和單一粉末的混合物來(lái)提供含有金屬成分的粉末。例如，金屬粉末可以是Al粉末與AlMg粉末的混合物。由于對(duì)含有Mg的金屬粉末處理是危險(xiǎn)的，例如，會(huì)導(dǎo)致爆炸，因此作為固溶體提供以確保處理的便易性。
當(dāng)在具有熱用途和機(jī)械用途的部件中使用本發(fā)明的涂層時(shí)，由于與其比重相比，金屬粉末具有相對(duì)良好的熱性能和機(jī)械性能，如導(dǎo)熱率或強(qiáng)度，因此優(yōu)選其包含在機(jī)器部件中廣泛使用的Al或Al合金。
在本發(fā)明的提供壓縮氣體的步驟(S220)中，氣體可以是上述例舉的氦氣、氮?dú)狻鍤饣蚩諝?。將氣體用氣體壓縮機(jī)壓縮至壓力約為5大氣壓～20大氣壓然后進(jìn)行供應(yīng)。如果需要，可以在用加熱單元(如圖1的氣體加熱器120)加熱至約200℃～500℃的同時(shí)供應(yīng)壓縮氣體。然而，即使根據(jù)本實(shí)施方式加熱壓縮氣體，由于氣體的比重非常低，金屬粉末的溫度變化也是可以忽略的。因而，本發(fā)明的噴涂步驟與傳統(tǒng)噴涂方法的不同在于噴涂是在低溫下進(jìn)行，而在傳統(tǒng)噴涂方法中將粉末在熔點(diǎn)或更高的溫度下加熱并涂布。
同時(shí)，如上所述，在供應(yīng)壓縮氣體的步驟(S220)中所用的部分壓縮氣體可以用作用于連續(xù)穩(wěn)定地供應(yīng)金屬粉末的載氣。
下面，使用超音速噴嘴噴涂壓縮氣體和金屬粉末的混合物(S230)。經(jīng)噴嘴噴涂的氣體-粉末混合物的流速取決于氣體的溫度和壓力以及粉末的粒徑和比重。在進(jìn)料氣的壓力和溫度條件下粒徑約為1μm～50μm的氣體-粉末混合物以約300m/s～1200m/s的速度噴涂。
在高速下噴涂的金屬粉末與母料碰撞以形成高密度涂層。進(jìn)行噴涂步驟(S230)直至形成具有所需厚度的涂層，然后對(duì)由此形成的涂層進(jìn)行熱處理(S240)。在本發(fā)明中，優(yōu)選熱處理的溫度約為200℃～650℃。等于或高于650℃的熱處理溫度導(dǎo)致金屬涂層的完全熔化，而在200℃或更低的溫度下涂層幾乎不能熔化，導(dǎo)致產(chǎn)生可以忽略的熱處理效果。
對(duì)形成于母料上的高密度涂層進(jìn)行熱處理步驟(S240)以獲得孔隙率。而且，由后述實(shí)施方式可知，多孔涂層的孔隙率和孔徑取決于所涂布的金屬粉末的組成的變化。在該方面，此處所使用的“組成的變化”包括量的變化以及所使用的金屬的變化。
關(guān)于參考圖2a所描述的本發(fā)明的涂布方法，圖2b顯示了形成多孔涂層的方法，該方法包括改變金屬粉末的組成從而控制涂層的孔隙分布的步驟(S250)。
根據(jù)該方法，在使用噴嘴進(jìn)行噴涂的步驟(S240)中在形成涂層的過程中改變粉末的組成。例如，在將組成為0.5Al-0.5Mg的粉末(其中Al∶Mg的重量比為1∶1)供應(yīng)預(yù)定時(shí)間后，將該比率控制為1∶2，或供應(yīng)包含Al-Zn的粉末來(lái)代替包含Al-Mg的粉末，其中Al∶Zn的比為1∶1，由此形成具有垂直組成梯度或包含不同成分的涂層。
可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的典型工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)粉末組成的變化。例如，可以將具有不同組成的粉末依次供應(yīng)至一個(gè)粉末進(jìn)料器中，或者，在制備用于存貯具有不同組成的粉末的多個(gè)粉末進(jìn)料器后，可以利用閥門選擇包含具有所需組成的粉末的粉末進(jìn)料器。
圖3是包括經(jīng)所述工序形成的涂層的涂層部件200的截面圖。
根據(jù)圖3，將重量比為2∶1的Al-Zn層210、重量比為1∶1的Al-Zn層220和重量比為1∶2的Al-Zn層230形成于母料(S)，如Al上。根據(jù)后述的本發(fā)明的實(shí)施方式，如果對(duì)涂層進(jìn)行熱處理，則Zn含量增大，由此孔徑和孔隙率增大。因此，如果對(duì)涂布有具有圖3中所示組成的粉末的部件進(jìn)行熱處理，則可以形成這樣的涂層部件，其中孔隙率和/或孔隙體積隨著遠(yuǎn)離母料而增大。上述孔隙分布是理想的，原因是其有助于在涂層與母料之間的界面處形成穩(wěn)定的涂層。此外，在上述構(gòu)造中，由于孔隙率和孔隙體積增大，因此在涂層最外表面形成的孔可以是彼此連通的開孔。特別地，開孔在改善母料的熱交換性質(zhì)方面起到重要作用。
如上所述，參考圖3所述的涂層的孔隙分布的變化可以通過改變成分的量或通過改變成分的種類而獲得。換言之，通過在母料上依次層積Al-Mg、Al-Zn和Al-Sn層，可以制造其中孔隙率和/或孔徑隨著遠(yuǎn)離界面而增大的涂層部件。
圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式形成多孔碳涂層的流程圖。
根據(jù)圖11，首先將平均粒徑小于或等于10μm的碳粉與選自由PVA、PVB、PEG、樹脂和松香組成的組的至少一種粘合劑混合(S310)。根據(jù)粘合劑的種類，使用適宜的溶劑，即水或醇等有機(jī)溶劑來(lái)進(jìn)行混合。
隨后，干燥所得漿料以制造碳粉餅，并將該餅粉碎并分選，由此制得具有適合于噴嘴噴涂的粒徑(如50μm～200μm的平均粒徑)的碳粉(S320～S340)。之后，使用有機(jī)粘合劑使碳粉聚結(jié)以使其與粉末的原始尺寸相比變粗。
下面，使用參考圖1所述的低溫噴涂裝置經(jīng)噴嘴將所得碳粉與約為4kgf/cm2～7kgf/cm2的高壓氣體一同噴涂從而在母料上形成涂層(S350)。另外，在約400℃～500℃進(jìn)行燒除過程以從涂層中除去有機(jī)粘合劑。
通過下列優(yōu)選實(shí)施例可以更好地理解本發(fā)明。
下列實(shí)施例1～7中所用的金屬的物理性質(zhì)如表1所述。
表1

實(shí)施例1～7中的噴嘴的噴涂條件如下噴嘴標(biāo)準(zhǔn)拉伐爾型口徑4mm×6mm喉管間距1mm壓縮氣體種類空氣壓力7大氣壓溫度330℃所供應(yīng)的粉末的尺寸＜44μm(325目)實(shí)施例1將包括重量比為50∶50的Al粉末和AlMg粉末的混合物粉末(即，0.5Al-0.5AlMg)(低共熔溫度約為400℃)與空氣在7大氣壓下送入噴涂噴嘴中以涂布于鋁基材上。
在約620℃對(duì)所得涂層進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。將經(jīng)熱處理的基材切割并拋光，使用光學(xué)顯微鏡觀察橫截面。圖4描述了所得基材的切割面的照片。
根據(jù)圖4，能夠看出涂層很好地結(jié)合在Al基材上。Al基材與涂層之間的界面由于涂層中所包封的孔隙(黑色部分)而顯而易見。涂布時(shí)未觀察到孔隙，但在熱處理后生成了孔隙。
實(shí)施例2除了增大混合物粉末中AlMg的重量以使金屬粉末具有0.3Al-0.7AlMg的組成之外，在與實(shí)施例1中相同的條件下制造涂層。對(duì)涂層進(jìn)行熱處理，使用光學(xué)顯微鏡觀察截面，結(jié)果如圖5所示。
與圖4相比較，由圖5能夠看出孔隙的尺寸增大，并且即使用肉眼也能夠確認(rèn)孔隙率的增大。
實(shí)施例3以使Al粉末/AlMg粉末/Al粉末/AlMg粉末/Al粉末依次層積的方式形成涂層。其余的涂布條件與實(shí)施例1相同。隨后，在620℃對(duì)所得涂層進(jìn)行1小時(shí)的熱處理。
圖6是顯示經(jīng)熱處理的基材的截面的光學(xué)顯微鏡照片。如圖所示，在Al層中幾乎觀察不到孔隙，但在AlMg層中頻繁觀察到孔隙。
實(shí)施例4以組成為0.667Al-0.333Mg的混合物粉末涂布Al基材，然后再以組成為0.5Al-0.5Mg的另一種混合物粉末進(jìn)行涂布。其余的涂布條件與實(shí)施例1相同。隨后，在約620℃對(duì)所得涂層進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，并使用光學(xué)顯微鏡觀察截面。
圖7是該截面的光學(xué)顯微鏡照片。由圖7能夠看出組成為0.5Al-0.5Mg的涂層部分(最外表面)的孔隙率高于組成為0.667Al-0.333Mg的涂層部分(界面)的孔隙率。因而，能夠看出涂層的孔隙率隨Mg含量的增大而增大。另外，由孔的形狀和孔隙率，可以推測(cè)最外表面的孔是彼此連通的開孔。如上所述，彼此連通且由涂層的最外表面向其內(nèi)部分布的孔增大了與周圍空氣的接觸面積。因而，特別地，能夠用于要求優(yōu)異的熱交換或熱輻射性能的用途。
實(shí)施例5以組成為0.5Al-0.5Sn的Al和Sn的混合物粉末涂布Al基材。其余的涂布條件與實(shí)施例1相同。
在約650℃對(duì)所得涂層進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，拋光后使用光學(xué)顯微鏡觀察截面。圖8是該截面的光學(xué)顯微鏡照片。如圖7中所示，在涂層中觀察到非常多的孔。根據(jù)孔的形狀和孔隙率判斷，孔似乎是彼此連通的。
實(shí)施例6通過與實(shí)施例1中相同的工序涂布組成為0.667Al-0.333Sn的混合物粉末，隨后涂布組成為0.5Al-0.5Sn的另一種混合物粉末。在620℃將所得涂層熱處理1小時(shí)，使用光學(xué)顯微鏡觀察經(jīng)拋光的截面。
圖9是截面的照片。比較涂有0.667Al-0.333Sn的界面部分與涂有0.5Al-0.5Sn的最外表面部分，能夠看出在最外表面部分孔徑明顯較高且孔隙率較高。因而，能夠看出Sn含量的增加促進(jìn)了孔的生成。
實(shí)施例7以組成為0.667Al-0.333Zn的混合物粉末涂布Al基材，然后以組成為0.5Al-0.5Zn的另一種混合物粉末進(jìn)行涂布。涂布條件與實(shí)施例1相同。隨后，將所得涂層在約620℃熱處理1小時(shí)，使用光學(xué)顯微鏡觀察截面，結(jié)果如圖10中所示。
從圖10能夠看出由于添加了Zn在涂層中形成了許多孔隙。另外，能夠看出與具有相對(duì)較低的Zn含量的界面部分相比，在具有高Zn含量的最外表面部分存在非常巨大的孔隙且孔隙率較高。因而，能夠看出孔徑和孔隙率隨著Zn含量的增大而增大。
由實(shí)施例1～7能夠看出與Al一同添加至涂層中的Mg、Zn和Sn有助于在熱處理后在涂層中形成孔隙。而且，孔徑和孔隙率隨添加量的增大而增大?？妆舜诉B通，因而當(dāng)Mg、Zn和Sn的含量增大時(shí)變成開孔。
本發(fā)明的發(fā)明人推測(cè)其原因如下。然而，提供下列參考性的描述是為了理解本發(fā)明而不是試圖作為限制本發(fā)明的范圍的基礎(chǔ)。
與Al一同添加的Mg、Zn和Sn在熱處理溫度下與Al共同形成低共熔液相，并且Al部分熔化。當(dāng)存在上述液相時(shí)，孔的結(jié)合相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，因而增大了能夠以肉眼觀察到的孔。
同時(shí)，通過熔化的Al與空氣中的水分的反應(yīng)而生成的副產(chǎn)物氣體(如氫氣)可以認(rèn)為是形成孔的原因。據(jù)信熔點(diǎn)低于Al的Mg、Sn和Zn、以及Al在熱處理溫度下導(dǎo)致上述反應(yīng)。
關(guān)于另一個(gè)原因，據(jù)推測(cè)當(dāng)金屬粉末的合金通過其部分熔化而制成時(shí)由于密度的變化而形成孔。
該推測(cè)與事實(shí)是相符的，即如以上實(shí)施例所述，與添加Mg相比通過添加Zn或Sn能夠形成相對(duì)較多的孔。其原因在于Zn的熔融溫度(419.46℃)或Sn的熔融溫度(231.9℃)低于Mg的熔融溫度(650℃)。
考慮到上述原因，在本發(fā)明中，熱處理溫度必須至少高于將彼此混合的兩種金屬的低共熔溫度。此處使用的術(shù)語(yǔ)“低共熔溫度”包括轉(zhuǎn)熔溫度。然而，由于金屬粉末可能含有少量的雜質(zhì)，因此在等于或低于低共熔溫度的溫度會(huì)發(fā)生部分熔化。此外，在本發(fā)明中，熱處理溫度必須不能高于具有最高熔點(diǎn)的純Al的熔點(diǎn)。其原因在于在該情況中涂層將失去結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
實(shí)施例8在銅(Cu)板上形成碳涂層。在將平均粒徑為5μm～10μm的碳粉與約15重量％的PVA混合并干燥以制備碳餅后，將其在研缽中粉碎并分選出粒徑小于或等于150μm的碳顆粒。在與上述實(shí)施例中相同的溫度和壓力下將分選出的碳粉噴涂在銅板上，由此形成碳涂層。
圖12a和12b是形成于銅板上的碳涂層的截面和表面的電子顯微鏡照片。根據(jù)附圖能夠看出在銅板上形成了具有優(yōu)異粘合強(qiáng)度的多孔碳涂層。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的方法具有低溫噴涂法的現(xiàn)有優(yōu)點(diǎn)。換言之，由于未進(jìn)行高溫處理，因此最大程度地抑制了母料或涂層的氧化，并且不會(huì)出現(xiàn)由于熱影響導(dǎo)致的對(duì)母料的損害。此外，能夠確保非常高的涂布速度且非常易于控制涂層的厚度。
特別地，在本發(fā)明的涂布方法中與Al一同使用的Mg、Sn和Zn具有低于Al的熔點(diǎn)。因而，由于熱處理在等于或低于Al的熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，因此本發(fā)明可以應(yīng)用于包含Al或Al合金作為母料的用于熱用途和機(jī)械用途的大多數(shù)部件，且不會(huì)損害母料。
此外，在本發(fā)明的涂布方法中，可以改變涂層的組成以改變涂層的孔隙率。因此，能夠通過上述方法非常容易地形成各種工業(yè)領(lǐng)域中所需的多孔涂層。
而且，在根據(jù)本發(fā)明的方法制造的涂層部件中，能夠自由地控制孔徑和孔隙率。因而，能夠在用于熱用途和機(jī)械用途的各種部件中使用。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的方法制造的碳涂層中，由于具有許多孔隙的多孔結(jié)構(gòu)，因而可以確保高導(dǎo)熱率，并且碳在腐蝕性環(huán)境，如海水或廢水中比金屬更穩(wěn)定，因而適于用作在腐蝕性環(huán)境中用于熱用途的部件。
權(quán)利要求
1.一種在母料上形成多孔涂層的方法，該方法包括提供母料；將具有下述金屬組成的粉末供給至所述母料上，所述金屬組成包含選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的至少兩種不同金屬并以xA-(1-x)B表示，其中0＜x＜1，x是A和B的重量比；向粉末供應(yīng)高壓氣體；通過用所述高壓氣體經(jīng)超音速噴嘴來(lái)噴涂所述金屬粉末而將所述金屬粉末涂布在所述母料上；和對(duì)經(jīng)涂布的母料進(jìn)行熱處理以形成多孔涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中具有所述金屬組成的粉末包括選自上述組的至少兩種金屬的合金粉末。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中A是Al，B包括選自由Mg、Zn和Sn組成的組的金屬元素。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高壓氣體的供應(yīng)包括對(duì)氣體進(jìn)行壓縮；和對(duì)經(jīng)壓縮的氣體進(jìn)行預(yù)熱。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)涂布的母料的熱處理在A和B的低共熔溫度與A和B中具有較高熔點(diǎn)的金屬的熔點(diǎn)之間的溫度下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中經(jīng)涂布的母料的熱處理在約200℃～650℃進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粉末的供應(yīng)還包括改變x以改變所述粉末的組成。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體包括選自由氦氣、氮?dú)?、氬氣和空氣組成的組的任意一種氣體。
9.一種金屬涂層部件，該金屬涂層部件包含金屬母料；和形成于所述金屬母料上的涂層，所述涂層包含至少兩種金屬元素并以xA-(1-x)B表示，其中x是A和B的重量比，其中，A和B是選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的不同金屬，當(dāng)在所述涂層的厚度方向上移動(dòng)時(shí)x在0＜x＜1的范圍內(nèi)變化，所述涂層的孔隙率根據(jù)x的變化而變化。
10.如權(quán)利要求9所述的金屬涂層部件，其中沿所述涂層的厚度方向移動(dòng)時(shí)x增大或減小，所述涂層的孔隙率隨x的增大或減小而增大或減小。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬涂層部件，其中A是Al，B是選自由Mg、Zn和Sn組成的組的任意一種金屬，在從所述金屬母料與所述涂層的界面向所述涂層的表面移動(dòng)時(shí)x減小且所述涂層的孔隙率增大。
12.一種金屬涂層部件，該金屬涂層部件包含金屬母料；和形成于所述金屬母料上的涂層，所述涂層包含至少兩種金屬元素并以A-B表示，其中，A和B是選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的不同金屬，當(dāng)沿所述涂層的厚度方向移動(dòng)時(shí)選自上述組的A或B發(fā)生變化，并且所述涂層的孔隙率根據(jù)A或B的變化而變化。
13.如權(quán)利要求9或12所述的金屬涂層部件，其中所述涂層包括至少部分彼此連通的開孔。
14.如權(quán)利要求13所述的金屬涂層部件，其中所述開孔存在于所述涂層的上部。
15.一種在母料上形成多孔碳涂層的方法，該方法包括提供母料；供給用有機(jī)粘合劑聚結(jié)的碳粉；向所述碳粉供應(yīng)高壓氣體；和通過使用所述高壓氣體經(jīng)超音速噴嘴來(lái)噴涂所述碳粉而將所述碳粉涂布在所述母料上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法還包括在涂布所述碳粉后在400℃～500℃的溫度燒除所述有機(jī)粘合劑。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種多孔涂層部件和使用冷噴涂制造多孔涂層部件的方法。所述方法包括提供母料，將具有下述金屬組成的粉末供給至所述母料上，所述金屬組成包含選自由Al、Mg、Zn和Sn組成的組的至少兩種不同金屬并以xA－(1－x)B(0＜x＜1，x是A和B的重量比)表示，向粉末供應(yīng)高壓氣體，通過用高壓氣體經(jīng)超音速噴嘴來(lái)噴涂金屬粉末而將金屬粉末涂布在母料上，并對(duì)經(jīng)涂布的母料進(jìn)行熱處理以形成多孔涂層。在該方法中，能夠自由地控制涂層部件的孔徑和孔隙率。因而，該方法適用于熱用途和機(jī)械用途的各種部件。
文檔編號(hào)C23C26/00GK1918316SQ200580004854
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者高景現(xiàn), 李夏勇 申請(qǐng)人:高景現(xiàn), 李夏勇