CN101899636A - 一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，超音速氧焰喷涂或超音速爆炸喷涂，喷涂采用的成分为Cr₂C₃-25NiCr、WC-12Co、WC-17Co、Ni、Ni-50Cr、Ni-20Cr、WC-10Ni、CoNiCrAlY、COCrNiW，喷涂的工艺参数参数包括氧气与燃料的比率及总流量、供粉率及载气条件、喷涂距离、喷涂的横向速度与纵向移动量和基体温度控制等。本发明将纳米化技术与非晶化技术相结合，利用超音速火焰喷涂方法或者超音速爆炸喷涂方法，制备出非晶涂层，形成的非晶纳米晶复合涂层具有优异的耐腐蚀和耐磨综合性能。

Description

一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法

技术领域：

本发明涉及化工领域，尤其涉及在金属或者陶瓷表面喷涂涂层的方法，特别是一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法。

背景技术：

非晶材料、纳米晶材料具有比传统材料更为独特而优异的性能，是很有发展前途的新型材料。但是在实际中，直至目前，这些材料仍还没有大范围推广应用，其主要因素是其制备过程难以控制，在实际中很难制备大块非晶、纳米晶材料，其应用主要被限制在薄带、细丝、粉末等低维度形状上。相对而言，非晶、纳米晶涂层的制备过程就比较容易实现，在众多制备涂层的方法中，热喷涂技术是一种极具竞争力的技术，同时也是非常有发展前景的技术，在热喷涂技术中，主要采用等离子喷涂技术和超音速火焰喷涂技术来制备非晶结构或纳米结构涂层。

美国首先有人用高能球磨将微米级粉末球磨成纳米尺寸粉末，然后进行超音速火焰喷涂，就可制备成显微组织更为精细的纳米结构涂层，涂层的厚度可以达到几毫米，但是其不能兼具理想的耐腐蚀性能和理想的耐磨性能。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，所述的这种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法要解决现有技术中纳米热喷涂高性能涂层的耐腐蚀性能和耐磨性能不能兼具的技术问题。

本发明的这种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，包括一个在金属或者陶瓷表面喷涂涂层的过程，其中，所述的喷涂涂层的过程中包括了超音速氧焰喷涂或超音速爆炸喷涂的步骤。

进一步的，喷涂的成分为Cr2C3-25NiCr、WC-12Co、WC-17Co、Ni、Ni-50Cr、Ni-20Cr、WC-10Ni、CoNiCrAlY和COCrNiW。

进一步的，喷涂的工艺参数如下表所示，

喷涂的横向速度与纵向移动量参数如下表所示，

喷涂基体的温度控制采用高压冷却气，基体温度在100-200℃之间。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显而易见的。本发明利用纳米化技术提高材料耐磨性能、非晶化技术提高材料耐蚀性能的特点，将纳米化技术与非晶化技术相结合，提出由非晶态合金粉末作为喷涂粉末，利用超音速火焰喷涂方法或者超音速爆炸喷涂方法，制备出非晶涂层，然后对该涂层进行热处理使之产生部分晶化，形成既含有非晶结构又含有纳米结构的非晶纳米晶复合涂层，这种涂层具有优异的耐腐蚀和耐磨综合性能。

具体实施方式：

采用超音速氧焰喷涂(HVOF，如JP5000系统)或超音速爆炸喷涂(D-GUN)工艺方法制备设计的梯度结构涂层。需要优化的工艺参数包括：氧气与燃料的比率及总流量，供粉率及载气条件，喷涂距离，喷涂的横向速度与纵向移动量，基体温度控制等，已优化工艺参数见表1

表1 JP5000优化工艺参数

喷涂的横向速度与纵向移动量根据基体的大小而确定。详细参数见表2

表2喷涂的横向速度与纵向移动量

喷涂基体的温度控制一般采用高压冷却气，基体温度一般可控制在100-200℃。

关键技术在于，对于纳米结构金属底层的制备，着重控制工艺条件，一般采用HOVF或D-GUN，如采用HVOF工艺优化工艺工艺见表1和表2，如使用D-GUN工艺，主要优化的工艺条件包括C₂H₂、O₂、N₂的气流压力，C₂H₂与O₂的比例，喷涂距离和点火频率。

通过工艺(Know How)条件的控制达到与基材的高结合力(应大于12，000PSI)，部分保留原始材料非晶相和在涂层工艺中产生新的非晶相。

对于陶瓷面层，一般采用D-GUN工艺，着重于控制工艺条件，达到高的涂层致密度(大于98％)并在工艺过程中部分保留晶须相(大于1/3)。每层涂层的厚度在150～250微米之间，涂层总厚度应在600～800微米之间。

Claims (3)

1.一种纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，包括一个在金属或者陶瓷表面喷涂涂层的过程，其特征在于：所述的喷涂涂层的过程中包括了超音速氧焰喷涂或超音速爆炸喷涂的步骤。

2.如权利要求1所述的纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，其特征在于：喷涂的成分为Cr₂C₃-25NiCr、WC-12Co、WC-17Co、Ni、Ni-50Cr、Ni-20Cr、WC-10Ni、CoNiCrAlY和COCrNiW。

3.如权利要求2所述的纳米热喷涂高性能涂层的制备方法，其特征在于：

喷涂的工艺参数如下表所示，

喷涂的横向速度与纵向移动量参数如下表所示，

喷涂基体的温度控制采用高压冷却气，基体温度在100-200℃之间。