关键词：
冷喷涂
陶瓷相含量
Al2O3陶瓷
Cu-Al2O3涂层
物理性能
摘要：
金属Cu及其合金由于其优良的传导性能以及机械加工性能,被广泛应用于电气、轻工业等领域。但Cu及其合金的高导热、高温下易氧化等特点会使获得的沉积体显微结构易存在缺陷,从而导致涂层性能的降低,陶瓷颗粒的引入可以进一步增强涂层的性能。常见的涂层制备技术目前仍然存在层孔隙率高、致密性差、结合强度有限等问题,冷喷涂技术拥有喷涂温度低、无氧化相变、孔隙率低等优点,还具备加工方式灵活、可修复损坏表面等技术优势,特别适用于金属基复合材料涂层的制备。目前,相关文献中鲜有关于陶瓷与金属涂层结合机理的相关报道,且冷喷涂复合涂层在实际应用中仍存在结合强度有限、硬度性能不佳等问题。本文采用冷喷涂技术研究了不同配比的Cu-Al2O3复合涂层及纯Cu涂层的制备工艺与性能。通过调控Al2O3含量和热处理工艺,系统探讨了其对涂层微观结构、陶瓷相分布、结合强度、抗拉强度及显微硬度等性能的影响,并结合显微组织观察与界面分析,深入分析了涂层性能演变的微观机制,揭示了不同参数条件下涂层性能变化的本质规律。主要研究内容如下:
（1）使用不同Al2O3含量（30%、20%、10%、0%）的Cu-Al2O3混合粉末作为喷涂材料,采用冷喷涂技术在Al基体上制备涂层,并对工艺参数进行优化,分析涂层致密性变化,揭示颗粒之间的结合界面及涂层与基体的结合特征。结果表明,冷喷涂涂层的微观组织均匀且致密,涂层陶瓷相含量随Al2O3含量的增加而升高,涂层的结合强度和抗拉强度与Al2O3含量密切相关,其中20%Al2O3涂层表现出最高的结合强度和抗拉强度,最高的结合强度为43.91 MPa,最高的抗拉强度为202.87 MPa。显微硬度随Al2O3含量增加而升高,其中30%Al2O3配比涂层的平均显微硬度最高为165.8 HV,表现出最佳的硬化效果。
（2）对Cu-Al2O3涂层和Cu涂层进行热处理,热处理温度为400℃,升温时间0.5h,保温时间4h,并随炉冷却。研究热处理对冷喷涂Cu-Al2O3涂层和Cu涂层的微观结构、陶瓷相含量、结合强度、显微硬度的影响。试验结果表明,热处理后,所有涂层的陶瓷相含量均有所降低。热处理显著提高了涂层的结合强度,其中30%Al2O3涂层的结合强度从39.05 MPa提高至43.24 MPa,增幅约10.73%。热处理后,涂层显微硬度普遍显著下降,100%Cu涂层硬度从160.8 HV降低至78.54 HV,下降幅度达到约51.2%,是涂层中硬度下降幅度最大的,下降的主要原因是热处理过程中金属基体的再结晶导致晶粒尺寸增大和基体软化。
本研究不仅为冷喷涂技术的优化提供了实验依据,还为Cu-Al2O3复合涂层在实际工程应用中的推广提供了理论支持,推动了冷喷涂技术在航空航天、能源和电子行业中的应用发展。
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