本發明屬于高性能復合材料，具體涉及鎢銅復合材料表面涂層，還涉及鎢銅復合材料表面涂層的制備方法。

背景技術：

1、鎢銅復合材料因其在高導熱、高強度及耐高溫等方面的優異性能，被廣泛應用于航空航天、核工業及電子器件等領域。然而，鎢銅材料在超高溫環境(如火箭噴管、喉襯及發動機關鍵部件)中，面臨復雜且極端的熱應力、燒蝕損耗及氧化侵蝕問題，其表面易產生裂紋、剝落及快速氧化，從而顯著降低材料的服役壽命和可靠性。

2、為應對上述問題，目前常采用在鎢銅基體表面涂覆抗燒蝕涂層的方式。然而，傳統抗燒蝕涂層技術存在以下問題：(1)涂層與基體結合力不足：鎢銅材料的低化學活性和復雜的熱膨脹特性導致涂層易在熱沖擊和機械載荷下脫落，限制了其高溫使用壽命；(2)涂層耐燒蝕性能有限：現有抗燒蝕涂層多采用單一陶瓷材料(如zro2或sic)，在高溫下抗氧化能力和抗熱震性能不足，無法適應復雜工況；(3)制備工藝不穩定：許多涂層制備方法(如簡單熱噴涂或濺射技術)對涂層致密性和多層結構匹配性控制較差，導致涂層性能不均一。

技術實現思路

1、本發明的第一個目的是提供鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，能夠顯著提升鎢銅復合材料的高溫服役性能，通過科學優化粘結層、過渡層和隔熱抗燒蝕層的界面結合方式與熱物理特性，實現涂層整體的高結合強度、熱膨脹匹配性和高溫穩定性。

2、本發明的第二個目的是提供鎢銅復合材料表面涂層，有上述方法制備得到。

3、本發明所采用的第一個技術方案是，鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1、以鎢銅復合材料為基體，對鎢銅基體表面進行打磨處理；

5、步驟2、粘結層的制備，利用電泳沉積(electrophoretic?deposition,epd)的方法將帶電的粘結層用金屬粉末cr/ti金屬顆粒均勻沉積在打磨后的基體表面，干燥處理后，對其進行熱等靜壓(hip)處理；步驟3、過渡層的制備，采用大氣等離子噴涂方式將mosi2涂覆在步驟2粘結層之上；

6、步驟4、將hfb2-sic-la2o3材料采用等離子噴涂的方式，將其涂覆在步驟3得到的mosi2過渡層上得到隔熱抗燒蝕層，從而完成鎢銅復合材料表面涂層的制備。

7、本發明的特征還在于：

8、步驟1中使用砂紙打磨鎢銅基體表面至粗糙度ra?0.2μm～0.4μm，在超聲波清洗20min～40min，去除氧化物和油污。

9、步驟2中，粘結層為cr粉層或ti粉層或cr粉層及ti粉層復合層；所用的cr粉或ti粉，步驟2具體為：在容器中加入去離子水或乙醇，按照粉末質量濃度30g/l～50g/l加入cr粉末或者ti粉末，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，聚乙烯吡咯烷酮相對于cr粉末或者ti粉末的用量為1g/l～2g/l，攪拌均勻后，使用超聲波處理，超聲波頻率為40khz～60khz，時間為10min～15min，制備cr或ti的懸浮液；將步驟1中表面打磨后的鎢銅復合材料，放入裝有懸浮液的電解槽中，進行電泳沉積，其中沉積電壓：30v～50v；電泳時間：2min～10min；懸浮液溫度：20℃～25℃；攪拌速率：200rpm～400rpm；待沉積結束后，在100℃～150℃下烘干1小時，待其充分干燥后在900℃～1000℃下，保溫3h～5h，對cr或ti粘接層進行hip處理，完成粘結層制備。

10、步驟3中，采用大氣等離子噴涂的方式制備過渡層，具體工藝參數為：其中mosi2粉末粒徑：15μm～45μm；純度：≥99％；主氣體ar的流量：35l/min～45l/min；輔助氣體h2的流量：5l/min～8l/min；電弧功率為25kw～40kw；電流：400a～600a；電壓：50v～70v；噴涂距離：80mm～120mm；噴涂速率：4g/min～6g/min；基體預熱溫度：200℃～300℃；涂層厚度控制：單次噴涂厚度10μm～20μm，逐層疊加至目標厚度：50μm～150μm。

11、步驟4具體為：按如下各個組分質量百分比稱量高純粉末：hfb260～80％，sic?10～30％，la2o3?5～15％，粉末粒徑均為20μm～50μm，將三種粉末放入行星式球磨罐中，以無水乙醇為溶劑，加入相當于hfb2-sic-la2o3混合粉末總質量0.5％～2％的聚乙烯醇作為粘結劑，加入相當于hfb2-sic-la2o3混合粉末總質量0.1～1％的硅烷偶聯劑作為分散劑，在行星式球磨機上混合8h～12h，待其混合均勻后，通過噴霧造粒的方式制備球形hfb2-sic-la2o3粉末，通過等離子噴涂直接沉積在過渡層上，其中噴涂主氣體ar的流量：35l/min～45l/min；輔助氣體h2的流量：8l/min～12l/min，電弧功率為35kw～50kw，電流：400a～600a，電壓：50v～70v，噴涂距離：100mm～150mm，噴涂速率：15g/min～20g/min；基體預熱溫度：300℃～500℃；涂層厚度控制：單次噴涂厚度10μm～20μm，逐層疊加至目標厚度：100μm～500μm，完成的制備。

12、步驟4中，hfb2、sic及la2o3三種粉末粒徑均為20μm～50μm；步驟4中，球料比為2:1。

13、本發明所采用的第二個技術方案是，

14、鎢銅復合材料表面涂層，包括依次設置以鎢銅復合材料作為鎢銅基體表面上的粘結層、過渡層及隔熱抗燒蝕層，鎢銅復合材料表面涂層采用上述的方法制備得到。

15、本發明的有益效果是：

16、本發明方法的原理基于通過多層涂層結構設計和結合電泳沉積技術、熱等靜壓(hip)、大氣等離子噴涂(aps)技術，顯著提升鎢銅復合材料的高溫服役性能。通過科學優化粘結層、過渡層和隔熱抗燒蝕層的界面結合方式與熱物理特性，實現涂層整體的高結合強度、熱膨脹匹配性和高溫穩定性。粘結層(cr或ti)通過電泳沉積技術與基體形成擴散結合區，hip處理高溫高壓促進金屬原子的擴散和化學反應(如cr-cu或ti-cu化合物的生成)，顯著提升涂層與基體的結合強度和界面致密性。過渡層采用mosi2，通過aps熱噴涂與粘結層和隔熱抗燒蝕層形成過渡結構，其熱膨脹系數介于基體與隔熱層之間，緩解涂層各層次之間的熱應力集中，避免裂紋擴展和界面失效。同時，mosi2在高溫條件下，mosi2與hfb2和sic顆粒發生界面反應，形成hfsi2和硼化硅化物界面化合物層，提升涂層的結合力。隔熱抗燒蝕層以hfb2-sic-la2o3為主要成分，通過aps技術制備。hfb2和sic在高溫下具有優異的抗氧化和抗燒蝕性能，生成穩定的hfo2和sio2保護膜；la2o3進一步優化涂層的微觀結構，提高抗熱震性能和化學穩定性。涂層系統合理設計，修復內部孔隙，增強界面結合，降低界面應力，提高了鎢銅復合材料的抗燒蝕、抗熱震和抗氧化能力，為高溫裝備的可靠服役提供了創新性解決方案。

技術特征：

1.鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟1中使用砂紙打磨鎢銅基體表面至粗糙度ra?0.2μm～0.4μm，在超聲波清洗20min～40min，去除氧化物和油污。

3.根據權利要求1所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟2中，所述粘結層為cr粉層或ti粉層或cr粉層及ti粉層復合層；所用的cr粉或ti粉，粒徑為2μm～10μm，純度≥99.5％。

4.根據權利要求3所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟2具體為：在容器中加入去離子水或乙醇，按照粉末質量濃度30g/l～50g/l加入cr粉末或者ti粉末，以聚乙烯吡咯烷酮為分散劑，聚乙烯吡咯烷酮相對于cr粉末或者ti粉末的用量為1g/l～2g/l，攪拌均勻后，使用超聲波處理，超聲波頻率為40khz～60khz，時間為10min～15min，制備cr或ti的懸浮液；將步驟1中表面打磨后的鎢銅復合材料，放入裝有懸浮液的電解槽中，進行電泳沉積，其中沉積電壓：30v～50v；電泳時間：2min～10min；懸浮液溫度：20℃～25℃；攪拌速率：200rpm～400rpm；待沉積結束后，在100℃～150℃下烘干1小時，待其充分干燥后在900℃～1000℃下，保溫3h～5h，對cr或ti粘接層進行hip處理，完成粘結層制備。

5.根據權利要求1所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟3中，采用大氣等離子噴涂的方式制備過渡層，具體工藝參數為：其中mosi2粉末粒徑：15μm～45μm；純度：≥99％；主氣體ar的流量：35l/min～45l/min；輔助氣體h2的流量：5l/min～8l/min；電弧功率為25kw～40kw；電流：400a～600a；電壓：50v～70v；噴涂距離：80mm～120mm；噴涂速率：4g/min～6g/min；基體預熱溫度：200℃～300℃；涂層厚度控制：單次噴涂厚度10μm～20μm，逐層疊加至目標厚度：50μm～150μm。

6.根據權利要求1所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟4具體為：按如下各個組分質量百分比稱量高純粉末：hfb2?60～80％，sic?10～30％，la2o3?5～15％，粉末粒徑均為20μm～50μm，將三種粉末放入行星式球磨罐中，以無水乙醇為溶劑，加入相當于hfb2-sic-la2o3混合粉末總質量0.5％～2％的聚乙烯醇作為粘結劑，加入相當于hfb2-sic-la2o3混合粉末總質量0.1～1％的硅烷偶聯劑作為分散劑，在行星式球磨機上混合8h～12h，待其混合均勻后，通過噴霧造粒的方式制備球形hfb2-sic-la2o3粉末，通過等離子噴涂直接沉積在過渡層上，其中噴涂主氣體ar的流量：35l/min～45l/min；輔助氣體h2的流量：8l/min～12l/min，電弧功率為35kw～50kw，電流：400a～600a，電壓：50v～70v，噴涂距離：100mm～150mm，噴涂速率：15g/min～20g/min；基體預熱溫度：300℃～500℃；涂層厚度控制：單次噴涂厚度10μm～20μm，逐層疊加至目標厚度：100μm～500μm，完成的制備。

7.根據權利要求6所述的鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟4中，hfb2、sic及la2o3三種粉末粒徑均為20μm～50μm；步驟4中，球料比為2:1。

8.鎢銅復合材料表面涂層，其特征在于，包括依次設置以鎢銅復合材料作為鎢銅基體(1)表面上的粘結層(2)、過渡層(3)及隔熱抗燒蝕層(4)，鎢銅復合材料表面涂層采用如權利要求1-7任意一項所述的方法制備得到。

技術總結
本發明公開鎢銅復合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟：步驟1、以鎢銅復合材料為基體，對鎢銅基體表面進行打磨處理；步驟2、粘結層的制備，利用電泳沉積的方法將帶電的粘結層用金屬粉末均勻沉積在打磨后的基體表面，干燥處理后，對其進行熱等靜壓處理；步驟3、過渡層的制備，采用大氣等離子噴涂方式將MoSi<subgt;2</subgt;涂覆在步驟2粘結層之上；步驟4、將HfB<subgt;2</subgt;?SiC?La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;材料采用等離子噴涂的方式，將其涂覆在步驟3得到的MoSi<subgt;2</subgt;過渡層上，從而完成鎢銅復合材料表面涂層的制備。該方法能夠顯著提升鎢銅復合材料的高溫服役性能。還公開了鎢銅復合材料表面涂層。

技術研發人員：梁永仁,關越,馮基偉,丁輝,徐亮,劉佳偉,畢瓊,何降壇
受保護的技術使用者：西安寶德九土新材料有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28