提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法

2023-05-22 08:24:16

專利名稱：提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法。
背景技術：
目前熱噴塗技術已在航空、航天、鋼鐵、石化、能源、汽車等領域的表面處理方面得到廣泛的應用；熱噴塗技術工藝簡捷，塗層和基體材料選擇範圍廣，易形成耐磨、隔熱、抗氧化、耐腐蝕、絕緣和導電等複合功能塗層並塗層厚度易控，可在現場實施大面積施工。但熱噴塗塗層由高速飛行液滴撞擊基材鋪展、變形、堆積凝固形成的工藝特性決定了其具有組織成分不均勻、存有氣孔、裂紋和板條層間弱結合等結構缺陷，尤其是塗層與基體之間的弱結合(以機械咬合為主)，這在很大程度上限制了塗層的應用範圍與服役壽命。如鋼鐵行業熱鍍鋅機組鋅鍋中軸襯套、刮刀等部件表面僅作熱噴塗處理，難以滿足高溫G80-620°C )、 金屬溶液侵蝕等苛刻的工況要求，因此還需作一定的重熔後處理改性。採用適當的重熔處理，可改善塗層與基體間的結合強度和塗層的內在質量，從而提高塗層的耐磨、耐蝕性。目前，塗層重熔後處理技術主要有雷射、電子束、TIG重熔、火焰重熔、整體加熱和感應重熔等，各有其優缺點。其中，雷射重熔工藝因其不受材料種類限制、 易實現局部處理、重熔層深度可控等固有的優點獲得較多的關注。但雷射重熔技術亦存有兩點不足1)由於雷射光斑面積小，工作效率較低，難以滿足工件表面大面積噴塗層雷射重熔的需要。雖有研究顯示採用多次搭接技術或大面積光斑技術(散焦法、寬帶法和轉鏡法)可達到大面積重熔目的，但多次搭接造成相鄰掃描帶間重合區數的增加，顯著影響塗層金相組織和顯微硬度等性能的均勻性。對大面積光斑技術而言，當輸出功率一定時，光斑面積越大，功率密度越低；增大光束直徑，可能削弱雷射的高能密度和超快速加熱優勢。2、就目前而言，雷射表面處理技術成本較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，利用本方法可有效提高熱噴塗塗層與金屬基材的結合強度，尤其是改變了塗層與金屬基材的結合方式，克服了熱噴塗塗層固有的缺陷，使熱噴塗塗層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。為解決上述技術問題，本發明提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴塗前預處理，對金屬基材表面採用酒精清洗去汙、毛刷清掃灰塵，並氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、採用熱噴塗設備在金屬基材表面製備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴塗塗層；步驟三、採用等離子轉移弧對金屬基材表面的熱噴塗塗層進行重熔後處理；步驟四、將經等離子轉移弧重熔的金屬基材表面熱噴塗塗層及時置於環冷桶或採
3用石棉包裹緩冷並緩冷至室溫。上述的熱噴塗設備可以採用超音速火焰噴塗設備、等離子噴塗設備或爆炸噴塗設備。上述的熱噴塗塗層可以採用陶瓷、金屬或硬質合金材料。上述等離子轉移弧重熔後處理的參數設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min,等離子氣流量 2-lOL/min。由於本發明提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法採用了上述技術方案， 即首先對金屬基材表面預處理，清洗、去汙、吹掃和預熱，然後採用熱噴塗設備在金屬基材表面製備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴塗塗層；採用等離子轉移弧對金屬基材表面的熱噴塗塗層進行重熔，等離子轉移弧重熔的參數設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min，等離子氣流量2-4L/min。利用本方法可有效提高熱噴塗塗層與金屬基材的結合強度，尤其改變了塗層與金屬基材的結合方式，克服了熱噴塗塗層固有的缺陷，使熱噴塗塗層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。


下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明圖1採用本方法熱噴塗塗層等離子轉移弧重熔後塗層與基材界面形貌，圖2採用本方法後塗層與基材界面能譜分析。
具體實施例方式本發明提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴塗前預處理，對金屬基材表面採用酒精清洗去汙、毛刷清掃灰塵，並氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、採用熱噴塗設備在金屬基材表面製備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴塗塗層；步驟三、採用等離子轉移弧對金屬基材表面的熱噴塗塗層進行重熔後處理；步驟四、將經等離子轉移弧重熔的金屬基材表面熱噴塗塗層及時置於環冷桶或採用石棉包裹緩冷並緩冷至室溫。上述的熱噴塗設備可以採用超音速火焰噴塗設備、等離子噴塗設備或爆炸噴塗設備。上述的熱噴塗塗層可以採用陶瓷、金屬或硬質合金材料。上述等離子轉移弧重熔後處理的參數設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min,等離子氣流量 2-lOL/min。應用本方法，可採用瑞士 Sulzer Metco公司的Workstar 600超音速火焰噴塗設備在經過預處理的316L不鏽鋼基材(50X50X20mm)表面噴塗0. 15mm厚的塗層，所用噴塗原料採用Metco公司的WC-Co (W0KA 3102)粉末，主要噴塗參數為煤油6. Ogal/hr、氧氣 1950scfh，噴距380mm，6寸槍管，送粉率75g/min ；等離子轉移弧能束塗層表面主要重熔參數為電流60A，焊槍移動速度70mm/min，等離子氣流量3L/min。也可採用美國I^raxair/TAFA公司的JP-5000超音速火焰噴塗設備在經過預處理的316L不鏽鋼基材(50X50X20mm)表面噴塗0. 2mm厚的塗層。所用噴塗原料為I^raxair/ TAFA公司的WC-Co (1342VM)粉末，主要噴塗參數為煤油6. lgal/hr、氧氣2050scfh，噴距 380mm，送粉率lOOg/min ；等離子轉移弧能束塗層表面主要重熔參數為電流70A，焊槍移動速度70mm/min，等離子氣流量2. 5L/min。如圖1和圖2所示，對以上兩例試樣經過等離子轉移弧重熔後，熱噴塗塗層2與金屬基材1表面形成了一定的冶金結合層3界面，經界面形貌和成分能譜分析，金屬基材1和塗層2材料元素在界面處互相擴散形成了冶金結合層3，顯著提高了熱噴塗塗層2與金屬基材1表面的結合強度。本方法充分利用等離子轉移弧能束的高集中性與高效率，採用等離子轉移弧重熔 (PTA)與熱噴塗複合技術在金屬基材表面獲得結構緻密、與金屬基材達到冶金結合的功能塗層。塗層結構緻密性及其與基材結合強度的提高有助於拓展熱噴塗塗層的應用範圍。本方法採用等離子轉移弧重熔(PTA)與熱噴塗複合技術在金屬基材表面獲得結構緻密、與基材形成冶金結合的功能塗層。其與雷射重熔技術相比較，等離子轉移弧除了同樣具有焰流高能量、高集中的優點，還存有等離子焰束斑較大、工作效率高、生產成本較低的優勢。
權利要求
1.一種提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，其特徵在於本方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴塗前預處理，對金屬基材表面採用酒精清洗去汙、毛刷清掃灰塵，並氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、採用熱噴塗設備在金屬基材表面製備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴塗塗層； 步驟三、採用等離子轉移弧對金屬基材表面的熱噴塗塗層進行重熔後處理； 步驟四、將經等離子轉移弧重熔的金屬基材表面熱噴塗塗層及時置於環冷桶或採用石棉包裹緩冷並緩冷至室溫。
2.根據權利要求1所述的提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，其特徵在於 所述熱噴塗設備是超音速火焰噴塗設備、等離子噴塗設備或爆炸噴塗設備。
3.根據權利要求1所述的提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，其特徵在於 所述熱噴塗塗層是陶瓷、金屬或硬質合金材料。
4.根據權利要求1所述的提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，其特徵在於 等離子轉移弧重熔後處理的參數設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度40-100mm/min， 等離子氣流量2-10L/min。
全文摘要
本發明公開了一種提高熱噴塗塗層與金屬基材結合強度的方法，其首先對金屬基材表面預處理，清洗、去汙、吹掃和預熱，然後採用熱噴塗設備在金屬基材表面製備一層厚度為0.1-0.5mm的熱噴塗塗層；採用等離子轉移弧對金屬基材表面的熱噴塗塗層進行重熔，等離子轉移弧重熔的參數設置為重熔電流30-120A，焊槍移動速度40-120mm/min，等離子氣流量2-10L/min。利用本方法可有效提高熱噴塗塗層與金屬基材的結合強度，尤其改變了塗層與金屬基材的結合方式，克服了熱噴塗塗層固有的缺陷，使熱噴塗塗層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。
文檔編號C23C4/12GK102286718SQ20101020174
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月17日 優先權日2010年6月17日
發明者傅衛, 尹志堅, 王樹保, 譚興海 申請人:上海寶鋼設備檢修有限公司