不锈钢表面冷喷涂铜涂层制备及性能研究

作者：张龙龙; 黄继波; 李德元; 邓春明; 黄仁忠; 张楠楠^*; 谢迎春^*

来源：表面技术, 2023, 52(02): 404-429.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.02.039

• 冷喷涂
• 铜涂层
• 结合强度
• 退火热处理
• 电导率

目的 通过工艺的匹配优化,采用冷喷涂技术在不锈钢表面制备高结合强度铜涂层,并研究热处理工艺对不锈钢表面冷喷涂铜涂层组织及性能的影响规律。方法 分别以高纯氮气和氦气作为加速气体,通过冷喷涂技术,在1 mm厚的304不锈钢基体表面制备铜涂层。采用光学显微镜(OM)对涂层的孔隙率及微观组织结构进行表征。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对涂层拉伸断面结构进行分析。借助维氏显微硬度仪、万能拉伸试验机和涡流导电仪测试分析退火热处理工艺对不锈钢基体表面冷喷涂铜涂层硬度、结合强度和电导率的影响规律。结果 利用氮气作为加速气体,在薄304不锈钢基体上获得铜涂层困难,涂层形成后,易发生整体剥落。使用氦气作为加速气体,可在薄304不锈钢板表面成功制备结合强度高于81.7 MPa、硬度为99.6HV0.1、孔隙率小于0.1%的高致密铜涂层。退火热处理引起涂层组织再结晶,可显著消除冷喷涂过程中的加工硬化影响。随着热处理温度从300℃上升到500℃,涂层硬度由99.6HV0.1下降至63.7HV0.1。退火温度为400℃时,涂层导电率最优(93.94%IACS)。当热处理温度升高到500℃,涂层导电率异常下降(89.02%IACS),分析认为过高的热处理温度会造成涂层内部氧扩散偏聚,缺陷增加,导致涂层电导率下降。结论 相较于氮气作为加速气体,采用氦气作为加速气体进行冷喷涂,可在薄不锈钢基体上制备的涂层具有高致密度、高结合强度的铜涂层。退火热处理对铜涂层硬度和导电性能的影响较大,涂层经过退火热处理后,电导率可以达到和铸态铜电导率相当的水平。

• 单位
  广东省现代表面工程技术重点实验室; 广东省科学院; 沈阳工业大学