冷喷涂Cu-Cu2O涂层微观结构与沉积特性

　　本实验通过冷喷涂技术制备了Cu2O 的质量含量分别为0%，10% ，20%和30%的四种Cu-Cu2O 涂层。通过环境扫描电镜、金相显微镜对涂层孔隙率和颗粒变形率等微观结构进行了分析，同时对涂层进行了显微硬度检测，讨论了涂层微观结构、显微硬度和涂层沉积效果之间的关系。各组分涂层均具有较低的孔隙率，能有效起到阻止海水等腐蚀性介质渗入，具有较好的耐蚀性。涂层孔隙率随Cu2O 含量的增加而降低。涂层中颗粒变形较充分，涂层致密度较好。铜颗粒的平均变形程度与涂层显微硬度均随涂层中Cu2O 含量的增加而增大。

　　在之前的研究中，作者分析了舰船的污损状况及长效防污涂料的研究进展，同时针对舰船海底门、海底格栅等部位海水流速大、常用有机及低表面能船体防污涂料无法满足需求的现状，结合先进冷喷涂技术的特点，提出了以本身具有一定防污效果的铜与防污涂料的主要防污剂Cu₂O 为原料，利用冷喷涂技术制备密度、硬度较高，结合力较强的长效防污涂层。本文制备了冷喷涂Cu-Cu₂O涂层，通过扫描电镜(SEM) 、X 射线衍射(XRD) 技术对涂层孔隙率和颗粒变形率等微观结构进行了分析，同时对涂层进行了显微硬度检测，讨论了涂层微观结构、显微硬度和涂层沉积效果之间的关系。

1、实验方法

1.1、喷涂原料

　　本实验运用冷喷涂技术制备了Cu₂O 质量含量分别为0% ，10%，20% 和30% 的四种Cu-Cu₂O 涂层。实验中四种冷喷涂涂层的制备工艺参数都为:喷涂温度300℃ ，压力2MPa，喷涂距离20 mm。基体材料为Q235 钢材。

　　实验所用的Cu 颗粒为铜黄色准球状颗粒。从图1 可以看到Cu粉的直径一般在50 um 左右，粒度分布比较均匀，且表面光滑，球形度较好，利于获得质量较好的涂层。

图1 Cu 颗粒SEM 照片

　　Cu₂O为暗红色粉末，大都为球形，粒度分布较为分散，从1 um 到10 um 不等如图2，所示。但是这些颗粒大都发生了团聚，形成10 um 到20 um 的团聚大颗粒。图3 显示了粒子尺寸对沉积效果的影响。因此Cu₂O 粉末颗粒的团聚使其粒度增加到10 um 以上，更有利于Cu₂O 颗粒的沉积。

图2 Cu₂O 粉末SEM 照片

图3 粒子尺寸对沉积效果的影响

结论

　　本文利用冷喷涂技术制备了Cu-Cu₂O 涂层，而后通过SEM、显微硬度计以及金相显微镜等研究了涂层孔隙率、颗粒变形率、显微硬度以及Cu₂O 含量的关系。结论如下:

　　(1) 各组分涂层均具有较低的孔隙率，能有效起到阻止海水等腐蚀性介质渗入，具有较好的耐蚀性。涂层孔隙率随Cu₂O 含量的增加而降低。

　　(2) 涂层中颗粒变形较充分，涂层致密度较好。铜颗粒的平均变形程度随涂层中Cu₂O 含量的增加而增大。

　　(3) 随着Cu₂O 含量的增加，涂层硬度增大，当Cu₂O 增多到30%时，涂层硬度的变化不再明显。

　　(4) 涂层硬度与颗粒扁平率随着距界面距离的增大均出现下降-平台-下降的变化，体现了颗粒变形程度与涂层硬度间的因果关系。