氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層的製備方法與流程
2023-05-01 00:11:31
本發明涉及一種對磨損、腐蝕表面進行自敏發光在線監測技術，具體是摻雜氧化釔螢光粒子功能指示高鋁青銅塗層的製備方法。
背景技術：
磨損檢測是評估材料磨損程度的重要方式，常用的磨損檢測技術有聲發射、光熱輻射、測功、振動、鐵譜技術等，由於這些檢測技術均通過研製先進傳感器等設備方式實現磨損評估，成本高且需要豐富生產數據，不易推廣。
利用一種發光塗層對磨損、腐蝕表面進行在線監測將大大降低對傳感器等部件的要求、簡化操作工序。即將發光粒子併入耐磨蝕功能層，在光激發作用下發出持續可見光，可用螢光檢測設備準確評估塗層磨蝕情況。
技術實現要素：
本發明提供一種氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層的製備方法。此方法具有成分控制精度高，工藝穩定性和重複性較強，可實現耐磨細晶高鋁青銅塗層的低成本健康檢測。
一種氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層的製備方法，包括下述步驟：
1)用超聲波清洗鋼基體表面，對洗淨後的基體噴焊面進行粗糙化處理；
2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至260℃～300℃；
3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比(99.4～99.8)：(0.2～0.6)稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化；
4)乾燥步驟3)所得粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在步驟2)所得鋼基體上製備高鋁青銅指示塗層。
步驟1)採用噴酸技術進行粗糙化處理，設備為半自動噴酸機，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml。
步驟2)鋼基體預熱的加熱速率10℃/分。
步驟3)攪拌球磨機中，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2。
步驟4)的乾燥工藝設備採用高速離心噴霧乾燥機，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃。
步驟4)的噴焊過程，轉移弧電流為165～175a，工作電壓25.4～26v，送粉量17～21g/min，焊槍至工件距離8～11mm。
所述的鋼基體為45#鋼。
與現有技術相比，本發明具有以下特點和優勢：
在製備氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層過程中，本發明完全改變了已有方法中單純採用高鋁青銅作為塗層材料的思路，而是採用一種具有螢光激發特性氧化釔粉末作為晶粒抑制劑，並研究高鋁青銅/氧化釔粉末配比、球磨工藝參數、噴焊層厚度和塗層光激發特性的關係，即：對於細晶高鋁青銅塗層，光激發特性良好條件下保持較高耐磨性能的最佳高鋁青銅/氧化釔粉末配比、球磨工藝參數和噴焊層厚度。氧化釔粒子具有光激發及細化晶粒特性，可用於螢光材料及晶粒抑制劑，其化學惰性使氧化釔在高溫下不易與金屬等物質發生反應，保持良好的抑制晶粒長大及螢光激發特徵，是一種優良的指示功能相。此方法具有成分控制精度高，工藝穩定性和重複性較強，可實現耐磨細晶高鋁青銅塗層的低成本健康檢測。
進一步，用機械合金化方法可將氧化釔固溶到高鋁青銅晶格，抑制噴焊層高溫引起的晶粒長大；且機械合金化可使納米粒度氧化釔高度分散，避免因高溫團聚造成的螢光特性損傷。
具體實施方式
以下對本發明作進一步的詳細說明。
一種氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層的製備方法，包括下述步驟：
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml。
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至260℃～300℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.4～99.8：0.2～0.6稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥步驟3)所得粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為165～175a，工作電壓25.4～26v，送粉量17～21g/min，焊槍至工件距離8～11mm。
以下結合具體實施例製備氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層，並檢測對應的晶粒度和餘輝強度。
實施例1
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的45#鋼基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml；
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至270℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.4：0.6稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為175a，工作電壓25.5v，送粉量19g/min，焊槍至工件距離10mm。
實施例2
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的45#鋼基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml；
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至290℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.6：0.4稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為175a，工作電壓26v，送粉量21g/min，焊槍至工件距離11mm。
實施例3
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的45#鋼基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml；
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至260℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.5：0.5稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為170a，工作電壓25.4v，送粉量17g/min，焊槍至工件距離8mm。
實施例4
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的45#鋼基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml；
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至280℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.8：0.2稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為175a，工作電壓26v，送粉量21g/min，焊槍至工件距離11mm。
表1為不同實施例製備氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層的性能參數。
表1
從上表可以得出，本發明製備的氧化釔光激發協同細晶強化高鋁青銅指示塗層，平均晶粒尺寸65μm左右，發光強度大於2500a.u.。
實施例5
(1)用超聲波清洗45#鋼基體表面，採用半自動噴酸機對洗淨後的45#鋼基體噴焊面進行粗糙化處理，噴口直徑0.5mm，噴酸量20ml/min，酸液組分：硝酸27ml、氫氟酸62ml、蒸餾水270ml；
(2)將處理後的基體裝入熱處理爐中預熱至300℃，預熱的加熱速率10℃/分；
(3)將高鋁青銅粉末、氧化釔粉末按質量百分比99.5：0.5稱量，在攪拌球磨機中進行機械合金化，轉子轉速為290轉/分，磨球為3mmzro2球，球磨時間25小時，球磨介質為無水乙醇，按質量比，料：球：無水乙醇＝1：18：0.2；
(4)用高速離心噴霧乾燥機乾燥粉末，離心噴霧頭轉速18000轉/分，噴霧盤直徑100mm，入口溫度200℃；將粉末裝入焊槍，用等離子噴焊機在預熱45#鋼基體上製備高鋁青銅複合塗層，其中噴焊機轉移弧電流為165a，工作電壓25.4v，送粉量17g/min，焊槍至工件距離8mm。