本發(fā)明屬于金屬材料的表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料表面的改性方法。

背景技術(shù)：

金屬表面的氧化、腐蝕不僅帶給我們是設(shè)備的破壞及材料的大量浪費(fèi)，而且還帶來環(huán)境的污染。金屬表面具有更好的抗拉、抗壓及抗折能力和良好的耐磨性質(zhì)、抗氧化、自潤(rùn)滑性意味著材料消耗更少，更利于環(huán)保。

碳納米管由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級(jí)管，碳納米管具有很強(qiáng)的抗拉、抗壓及抗折能力。碳納米管的拉伸強(qiáng)度是鋼的100倍左右，其彈性模量可高達(dá)與金剛石的彈性模量相同，約為鋼的5倍，其彈性應(yīng)變約為5％，最高可達(dá)12％，約為鋼的60倍，而密度僅為鋼的1/6-1/7。碳納米管具有優(yōu)異的物理、化學(xué)、力學(xué)性能。如：高耐磨性、高熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性，無論是強(qiáng)度還是韌性，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于任何纖維材料。將碳納米管作為復(fù)合材料增強(qiáng)體，可使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性。

目前，采用碳納米管參與金屬表面改性的方法一般分為兩類，一類是在金屬基體上直接生長(zhǎng)定向和非定向的碳納米管層，該方法以處理過的鋁膜為過渡層采用化學(xué)氣相沉積在不銹鋼基底上制備尺寸均勻的碳納米管束，這類方法需要較高的溫度、規(guī)定的保護(hù)性氣氛，工藝、設(shè)備較為復(fù)雜。另一類是以碳納米管懸浮液為基礎(chǔ)，采用電鍍的方法制備碳納米管復(fù)合鍍層。還有采用電化學(xué)沉積方法及化學(xué)鍍沉積制備復(fù)合鍍層以及化學(xué)共沉積的方法。這一類方法鍍層耐磨性、硬度、厚度、致密度及碳納米管的分散混勻程度及在復(fù)合鍍層中的形式和其他元素的結(jié)合力有關(guān)，控制因素較多，并且未能使得鍍層中的碳納米管有序定向排列。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種金屬材料表面的改性方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的金屬材料表面改性技術(shù)大大地拓展了高硬度合金、金屬陶瓷等材料方面的應(yīng)用范圍，能有力地帶動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，涂層所選材料原則上不受限制，本發(fā)明方法生產(chǎn)原料成本低廉、工藝過程簡(jiǎn)單易控，設(shè)備投資少，適于連續(xù)批量生產(chǎn)。

本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

一種金屬材料表面的改性方法，包括以下步驟：

一、采用電子束對(duì)被處理的金屬表面進(jìn)行毛化，形成微小的毛化凹坑；

二、利用惰性氣體吹送，對(duì)形成的凹坑金屬表面噴涂合金粉末材料，形成涂層；

三、取以含鐵催化劑催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管原料，研磨至300-500目，取環(huán)氧樹脂和二甲苯溶劑混合調(diào)制復(fù)合層基體物，再將研磨好的碳納米管原料和調(diào)制好的復(fù)合層基體物按照重量比0.5∶1的比例混合形成溶融物；

四、將溶融物敷于金屬表面，使金屬表面得到厚度在2-4mm的含有碳納米管的懸浮層，再將金屬引入磁場(chǎng)進(jìn)行磁泳沉積，形成含有定向碳納米管懸浮層；

五、再對(duì)懸浮層進(jìn)行壓制成型即可。

優(yōu)選的，所述步驟一的電子束毛化過程在真空條件下完成。

優(yōu)選的，所述步驟一的毛化凹坑的直徑為0.3-0.8mm，深度為0.13-0.22mm。

優(yōu)選的，所述步驟二的噴涂方式可采用火焰噴涂、電弧噴涂或等離子噴涂。

優(yōu)選的，所述步驟二的合金粉末材料為co基合金或ni基合金。

優(yōu)選的，所述步驟三的溶融物粘度80-150pa.s，并用60-80w/cm2高能超聲波分散溶融物40-60min。

優(yōu)選的，所述步驟四的磁場(chǎng)強(qiáng)度600-800mt，磁場(chǎng)方向與碳納米管懸浮層相平行，磁泳沉積時(shí)間60-80min。

優(yōu)選的，所述步驟五的壓力在80-100t，壓制一次在5-8s。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可以使金屬表面復(fù)合層的碳納米管有序定向，并且可根據(jù)應(yīng)用目的調(diào)節(jié)復(fù)合層的厚度。

本發(fā)明給普通金屬材料表層賦于了碳納米管的優(yōu)異特性，使其抗氧化，耐磨性，自潤(rùn)滑性，強(qiáng)度等技術(shù)指標(biāo)大幅度提高，可廣泛應(yīng)用于黑色，有色金屬的表面改性，具有很好的發(fā)展前景。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法生產(chǎn)原料成本低廉、工藝過程簡(jiǎn)單易控，設(shè)備投資少，適于連續(xù)批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的金屬材料表面改性技術(shù)大大地拓展了高硬度合金、金屬陶瓷等材料方面的應(yīng)用范圍，能有力地帶動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，涂層所選材料原則上不受限制，通過該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)耐高溫、耐腐蝕、抗沖擊、抗疲勞、抗應(yīng)力腐蝕以及其它特殊功能的復(fù)合涂層或梯度涂層，涂層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度接近熔化焊的強(qiáng)度，比常規(guī)的熱噴涂涂層結(jié)合強(qiáng)度可提高1.5-10倍，涂層組織均勻致密，從而可大大地拓寬應(yīng)用范圍。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種金屬材料表面的改性方法，包括以下步驟：

一、采用電子束對(duì)被處理的金屬表面進(jìn)行毛化，形成微小的毛化凹坑；

二、利用惰性氣體吹送，對(duì)形成的凹坑金屬表面噴涂合金粉末材料，形成涂層；

三、取以含鐵催化劑催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管原料，研磨至500目，取環(huán)氧樹脂和二甲苯溶劑混合調(diào)制復(fù)合層基體物，再將研磨好的碳納米管原料和調(diào)制好的復(fù)合層基體物按照重量比0.5∶1的比例混合形成溶融物；

四、將溶融物敷于金屬表面，使金屬表面得到厚度在4mm的含有碳納米管的懸浮層，再將金屬引入磁場(chǎng)進(jìn)行磁泳沉積，形成含有定向碳納米管懸浮層；

五、再對(duì)懸浮層進(jìn)行壓制成型即可。

步驟一的電子束毛化過程在真空條件下完成。

步驟一的毛化凹坑的直徑為0.8mm，深度為0.13mm。

步驟二的噴涂方式可采用電弧噴涂。

步驟二的合金粉末材料為co基合金。

步驟三的溶融物粘度150pa.s，并用60w/cm2高能超聲波分散溶融60min。

步驟四的磁場(chǎng)強(qiáng)度600mt，磁場(chǎng)方向與碳納米管懸浮層相平行，磁泳沉積時(shí)間80min。

步驟五的壓力在80t，壓制一次在8s。

實(shí)施例2

一種金屬材料表面的改性方法，包括以下步驟：

一、采用電子束對(duì)被處理的金屬表面進(jìn)行毛化，形成微小的毛化凹坑；

二、利用惰性氣體吹送，對(duì)形成的凹坑金屬表面噴涂合金粉末材料，形成涂層；

三、取以含鐵催化劑催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管原料，研磨至300目，取環(huán)氧樹脂和二甲苯溶劑混合調(diào)制復(fù)合層基體物，再將研磨好的碳納米管原料和調(diào)制好的復(fù)合層基體物按照重量比0.5∶1的比例混合形成溶融物；

四、將溶融物敷于金屬表面，使金屬表面得到厚度在2mm的含有碳納米管的懸浮層，再將金屬引入磁場(chǎng)進(jìn)行磁泳沉積，形成含有定向碳納米管懸浮層；

五、再對(duì)懸浮層進(jìn)行壓制成型即可。

步驟一的電子束毛化過程在真空條件下完成。

步驟一的毛化凹坑的直徑為0.3mm，深度為0.13mm。

步驟二的噴涂方式可采用等離子噴涂。

步驟二的合金粉末材料為ni基合金。

步驟三的溶融物粘度80pa.s，并用60w/cm2高能超聲波分散溶融物40min。

步驟四的磁場(chǎng)強(qiáng)度600mt，磁場(chǎng)方向與碳納米管懸浮層相平行，磁泳沉積時(shí)間60min。

步驟五的壓力在80t，壓制一次在5s。

實(shí)施例3

一種金屬材料表面的改性方法，包括以下步驟：

一、采用電子束對(duì)被處理的金屬表面進(jìn)行毛化，形成微小的毛化凹坑；

二、利用惰性氣體吹送，對(duì)形成的凹坑金屬表面噴涂合金粉末材料，形成涂層；

三、取以含鐵催化劑催化化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管原料，研磨至500目，取環(huán)氧樹脂和二甲苯溶劑混合調(diào)制復(fù)合層基體物，再將研磨好的碳納米管原料和調(diào)制好的復(fù)合層基體物按照重量比0.5∶1的比例混合形成溶融物；

四、將溶融物敷于金屬表面，使金屬表面得到厚度在4mm的含有碳納米管的懸浮層，再將金屬引入磁場(chǎng)進(jìn)行磁泳沉積，形成含有定向碳納米管懸浮層；

五、再對(duì)懸浮層進(jìn)行壓制成型即可。

步驟一的電子束毛化過程在真空條件下完成。

步驟一的毛化凹坑的直徑為0.8mm，深度為0.22mm。

步驟二的噴涂方式可采用火焰噴涂。

步驟二的合金粉末材料為co基合金。

步驟三的溶融物粘度150pa.s，并用80w/cm2高能超聲波分散溶融物60min。

步驟四的磁場(chǎng)強(qiáng)度800mt，磁場(chǎng)方向與碳納米管懸浮層相平行，磁泳沉積時(shí)間80min。

步驟五的壓力在100t，壓制一次在8s。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。