热喷涂

按照热喷涂的热源可将其分为：等离子弧喷涂和氧乙炔焰喷涂。虽然等离子弧喷除较氧乙炔焰喷涂的设备复杂一些，但由于其工艺参数和气氛易控制，因而得到了广泛的应用。

等离子弧喷涂是利用等离子弧的高温将基体熔化后喷射到增强材料工件上，是冷却并沉积下来的一种复合工艺，具体工艺是：先将纤维缠绕于包有基体金属箔的圆筒上，纤维间保有一定的间隔，然后置于喷涂室内接受喷涂。喷涂材料为基体粉末，喷完后取下剪开，便得到复合材料预制片，再进行热压或热等静压，便可制得型材或工件。

为了获得致密的、与纤维粘接良好的基体涂层和避免基体氧化，喷涂基体原料为粉末状，降低粉未粘度能提高粉层致密性，但粒度过小、流动性差，供给速度得不到保证。因此，常用粉末直径为10μm～45μm，不得小于2μm。提高喷涂温度，涂层致密性也会加强，纤维粘度也会提高。不过，等离子体流离开喷枪后温度会急剧下降，并且距离越远温度下降越大，因而，需要增加功率，以提高等离子体产生区域的温度。向产生等离子弧的氩中添加5%～10%的电离电压，比氩高氦可以提高功率。等离子区内温度提高后，等离子体的热膨胀上升，也有利于提高流速。

涂层状态还与喷枪离纤维距离、粉粒供给速度、气氛等因素有关。离得近，附着率高，但涂层表面粗糙，纤维易受等离子体焰流的热损伤和机械损伤；离得远，则纤维损伤小，但附着率低，涂层质量也不太均匀。粉末供给速度小，涂层均匀，但涂覆时间长。为了提高涂层致密性，减少氧化物含量，喷涂务必在真空或保护气氛中进行。虽然熔体温度高，但与纤维接触时间短，因此，它们之间不会产生有害的化学反应。

等离子弧喷涂法适用于较粗的纤维单丝，例如，化学气相沉积法制备的硼纤维和碳化硅纤维，是制造这两种纤维增强AI、Ti基复合材料预制片的批量制备工艺。美国和前苏联在航天器上使用的，也是最早使用的金属基复合材材料——B/Al复合材料，以及美国的碳化硅/钛复合材料，就是用等离子弧喷涂法制得预制片，然后用热压或等静压法加工的。

为使纤维束上的每根纤维都均匀涂有基体材料的预制片，在喷涂前需将纤维铺开成仅有几根纤维厚的层，可用压缩空气将一束束纤维吹开。

等离子弧喷涂法不能直接制成复合材料工件，仅可制备预制片，且组织致密，必须进行二次加工。用该法可以制备耐热和耐磨复合涂层，如倒在Fe基、Ni基合金中加入SiC、Al2O3等陶瓷材料粒子，可以大大提高它们的耐热性和耐磨性。

电镀、化学镀和复合镀

电镀历史悠久，是利用电化学原理，在直流电场作用下将金属从含有其离子的电解液中分解后沉积于工件（增强纤维）上。以要涂覆的金属为阳极，使其源源不断地溶解于电解液中，随着金属离子不断向阴极工件上迁移，使其沉积于工件上。对电镀的要求是，作为阴极的增强材料纤维必须导电，基体金属必须形成稳定的电解液。不过能用作金属基复合材料增强纤维中只有C纤维导电，且其电阻率也不低。Al、Mg、Ti等金属的电负性大，不能用水溶液电镀，只能用非水电解液，只有Cu、Ni、Pb等金属可用水溶液电镀。因此，电镀法还没有在金属复合材料制造中正式应用，只用于碳纤维镀Cu、Ni。

化学镀是在水溶液中进行的氧化还原反应，溶液中的金属离子被还原后沉积于工件上，形成镀层。此过程不需要电流，因此，化学镀又被称为无电镀。由于不需要电流，可处理任何材料制备的工件。

不过，金属离子的还原和沉积只有在催化剂的作用下方可进行。因此，工件在化学镀前需在SnCl2溶液中进行敏化，然后用PdCl2溶液进行活化处理，以便在工件表面上形成Pd催化中心。Cu、Ni一旦沉积，由于它们的自催化作用，以后的还原沉积过程可自动进行，直至溶液中的金属离子或还原剂消耗殆尽。铂族金属、CO、Cr、V等金属也有自催化作用。化学镀Ni用次亚磷酸钠作还原剂，以柠檬酸钠、乙醇酸钠等作络合剂，化学镀Cu用甲醛作还原剂，用酒石酸钾钠作络合剂。此外，还需添加促进剂、稳定剂、ph调节剂等。除了以还原剂从溶液中将Cu、Ni还原沉积外，也可以用电负性较大的金属，如Mg、Al、Zn等直接从溶液中将Cu、Ni置换出来，沉积于工件上。化学镀工艺常用来在碳纤维或石墨粉上镀Cu。

复化镀是通过电沉积或化学液相沉积，将一种或几种不溶固体粒子与基体金属一同均匀沉积于工作表面形成复合镀层的工艺。这种镀法在水溶液中进行，温度不大于90℃，因此可选用的颗粒很多，如SiC、Al2O3、TiC、ZrO2、B4C、Si3N4、BN、MoSi2、TiB2、金刚石和石墨等，还可以用受热易分解的有机物颗粒，如聚四氟乙烯、聚氯乙烯、尼龙等。

复合镀法还可以同时沉积两种以上不同粉粒的复杂复合镀层，如同时沉积耐磨的陶瓷粉粒和减摩的聚四氟乙烯粉粒，使镀层具有优异的减摩性能，此法主要用于制备耐磨复合镀层和耐电弧烧蚀复合镀层。常用的基体金属为Ni、Cu、Ag、Au等，以常规电镀法沉积，加入的粉粒被带到工件表面与金属一同沉积。由于金层中有陶瓷颗粒，从而形成了有坚硬质点的耐磨复合镀层。将陶瓷粉粒和MoSi2、聚四氟乙烯等同时沉积于金属镀层中形成了有自润滑性能的耐磨镀层。

Ag、Au有良好的导电性、接触电阻小，但硬度较低，不抗磨，抗电弧烧蚀能力也差，加入SiC、La2O、WC、MoSi2等粉粒可明显提高它们的耐磨性和抗电弧烧蚀能力，成为优秀的触头材料。复合镀法有诸多优点：设备不复杂、工艺简单、成本低、温度不高，镀层可设计选择，组合上有较大灵活性，主要用于制备复合镀层，难以制成整体复合材料，但速度慢、镀层厚度不均匀也是其缺点。