CN102936713B

CN102936713B - 一种铝硅料浆渗铝硅的方法

Info

Publication number: CN102936713B
Application number: CN201210494952.4A
Authority: CN
Inventors: 朱湘宁; 张正义; 王国奇; 陈晓志
Original assignee: China National South Aviation Industry Co Ltd
Current assignee: AECC South Industry Co Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN102936713A

Abstract

本发明提供了一种铝硅料浆渗铝硅的方法，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理，喷涂步骤包括以下步骤：将球磨好的铝硅料浆倒入喷枪内，以0.2MPa～0.25MPa压力喷涂在已吹砂的工件表面；将所述喷涂好的工件在80℃±5℃下烘10～20min至涂层发白；重复1至2步骤2~4次得到涂层厚度为50~100μm；然后进入80℃±5℃固化步骤，用涂层测厚仪测量涂层厚度，＜50μm则按1至2步骤补喷，直至50~100μm。然后进入涂层最终固化：80℃±5℃下烘0.5h，升至340℃±5℃。出炉冷却后，用涂层测厚仪测量涂层厚度。将喷好涂层的工件转入真空炉扩散，扩散温度为1020℃，扩散时间为4h。扩散后将工件有涂层的表面进行喷丸清理，去除表面的疏松涂层，得到铝硅渗层工件。

Description

一种铝硅料浆渗铝硅的方法

技术领域

本发明涉及表面渗金属领域，特别地，涉及一种铝硅料浆渗铝硅的工艺方法。

背景技术

发动机涡轮导向器通常采用铝硅渗层进行防护。硅铝渗层具有优良的耐高温和抗氧化性，当铝硅渗层涂装在工件表面，在高温下进行扩散，使铝离子和硅离子进行活化，吸附在工件表面，并扩散到工件表层，形成新的化合物或钝化膜，使工件获得较强的抗高温氧化能力和耐腐蚀性能。而料浆渗铝硅适用于局部渗层的工件，便于保护非渗层面，与固体渗层相比，保护方法相对简单，在得出一系列工艺参数后，能够按照所提供的工艺方法得到料浆渗铝硅渗层。

发明内容

本发明目的在于提供一种铝硅料浆渗铝硅的工艺方法，适用于局部渗层的工件，便于保护非渗层面，操作相对简单，能够按照本发明的工艺方法得到料浆渗铝硅渗层。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铝硅料浆渗铝硅的方法，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理，喷涂步骤包括以下步骤：

（1）将经过球磨料浆步骤的铝硅料浆以0.2～0.25MPa压力喷涂在经过吹砂步骤的工件表面得到喷涂好的工件；

（2）将喷涂好的工件进行干燥步骤；

（3）重复1至2步骤2~3次得到涂层厚度为50~100μm的工件；

（4）将涂层厚度为50~100μm的工件在80℃±5℃下烘干10～20min，至涂层发白，得到具有铝硅涂层的工件，然后进入固化步骤。

进一步地，步骤（2）中干燥步骤为将喷涂好的工件在室温下晾干或在40～50℃烘干。

进一步地，球磨料浆步骤为将铝硅料浆球磨20~24h得到球磨好的铝硅料浆。

进一步地，吹砂步骤为在工件表面用0.3～0.6MPa的压力干吹刚玉砂得到已吹砂工件表面，刚玉砂粒度为200～240目。

进一步地，固化步骤为将具有铝硅涂层的工件在80℃±5℃下固化0.5h；然后在340℃±5℃下固化0.5h。

进一步地，真空扩散步骤是在真空或者氩气保护的环境下进行的，扩散温度为1020℃，扩散时间为4h。

进一步地，喷丸清理步骤的喷丸为粒径50mm的玻璃丸，喷丸压力为1×10⁵Pa。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种铝硅料浆渗铝硅的方法，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理步骤，其中球磨料浆的目的是保证料浆的均匀性；喷涂前对工件表面进行吹砂处理，清理工件表面氧化物，并使工件表面活化；用喷枪对工件表面进行喷涂保证料浆均匀的涂覆在工件的表面，用真空扩散的方法保证在工件的复杂异型表面形成均匀的铝硅渗层。本发明提供了有效的料浆渗铝硅的工艺方法。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的流程图；

图2是本发明实施例1的试片的渗层表面金相图；

图3是本发明实施例1的零件的渗层表面金相图；

图4是本发明对比例1的渗层表面金相图；

图5是本发明对比例2的涂层照片；

图6是本发明对比例2的渗层表面金相图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种铝硅料浆渗铝硅的方法，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理步骤，其中球磨料浆的目的是保证料浆的均匀性；喷涂前对工件表面进行吹砂处理，去除表面氧化物，提高表面粗糙度，从而提高涂层与基体间的结合力；用喷枪对工件表面进行喷涂保证料浆均匀的涂覆在工件的表面，防止工件中的复杂异型面，如涡轮导向器的叶片和气流通道表面涂覆不均匀；用真空扩散的方法使涂覆在工件表面的铝硅涂层进行渗铝硅步骤，在工件表面形成均匀的铝硅渗层，防止铝硅渗层表面产生氧化夹杂，解决了现有技术中铝硅涂层涂覆不均匀，导致涂层扩散后形成的铝硅渗层厚度难以控制，铝硅渗层表面质量不好的问题。本发明的铝硅料浆渗铝硅的方法特别适用于涡轮导向器的复杂异型表面，采用本发明的方法，可以保证涡轮导向器的复杂异性面与平面具有均匀的铝硅渗层。为了防止涡轮导向器不需要喷涂的地方不被铝硅渗层污染，按照本发明的方法处理涡轮导向器时，可在吹砂步骤之前，将不需要进行涂装的表面用JD22或DW500保护胶带保护起来。铝硅渗层形成后，对于不合格渗层常采用下述方法进行去除：将具有不合格渗层的工件浸泡在渗层剥除剂中，在室温下浸泡2h取出，然后采用钢玉砂对工件表面进行吹砂步骤，待工件表面无黑色挂灰后则确定渗层清理完全。渗层剥除剂包括水、剥除剂、硝酸（d=1.33）。

铝硅料浆渗铝硅的方法中喷涂步骤包括以下步骤：

（1）将经过球磨料浆步骤的铝硅料浆以0.2～0.25MPa压力喷涂在经过吹砂步骤的工件的表面得到喷涂好的工件；

（2）将喷涂好的工件进行干燥步骤；

（3）重复1至2步骤2~3次得到涂层厚度为50~100μm的工件；

（4）将涂层厚度为50~100μm的工件在75~85℃下烘干10～20min，至涂层变白得到喷涂好的工件，然后进入固化步骤。

本发明将硅铝料浆用喷枪喷涂在工件的表面，喷枪压力为0.2~0.25MPa时，能保证工件表面形成厚度均匀的铝硅涂层，若压力过大，则铝硅涂层会产生流挂，涂层不均匀，从而导致铝硅渗层不均匀；若压力过小，则料浆喷涂后固体含量少，导致涂层厚度偏浅。将喷涂好的工件进行干燥，使铝硅涂层进行初步固化，保证第二次喷涂过程中，工件表面平整，同时，防止未干燥的铝硅涂层流动，方便对铝硅涂层进行厚度测量，以便于精确控制铝硅渗层的厚度。重复喷涂和干燥步骤使铝硅涂层的厚度为50~100μm，如果将铝硅料浆一次性喷涂在工件表面，铝硅料浆干燥较慢，在干燥的过程中铝硅涂层容易受外界因素的影响导致喷涂在工件表面的铝硅涂层均匀性无法保证。喷涂铝硅料浆后再进行干燥，然后再喷涂、干燥，这样循环使工件表面形成均匀的铝硅涂层。当涂层厚度为50~100μm时，可以保证铝硅涂层经过扩散后得到的铝硅渗层厚度在可控范围内，使硅铝渗层具有优良的耐高温和抗氧化性。若铝硅涂层厚度过低，则得到的铝硅渗层深度浅，铝硅渗层的耐高温和抗氧化性较差；若铝硅涂层过厚，则得到的铝硅渗层厚度偏厚，工件平面和工件异性面的铝硅渗层厚度不均一。将喷涂好的工件在75~85℃下烘干，对铝硅涂层进行初步固化，保证铝硅涂层稳固的粘附在工件表面，便于对铝硅涂层进行厚度检测，保证将铝硅涂层进行扩散后得到的铝硅渗层厚度为50~100μm，涂层厚度可用涂层测厚仪测量。

进一步地，步骤（2）中干燥步骤为将喷涂好的工件在室温下晾干或在40～50℃烘干。防止铝硅料浆流动，影响下一次铝硅涂层的涂覆。

进一步地，球磨料浆步骤为将铝硅料浆球磨20~24h得到球磨好的铝硅料浆，保证铝硅料浆的均匀性，若铝硅料浆混合不均匀，则铝硅料浆在固化和真空扩散后，铝硅渗层表面容易出现龟裂。

进一步地，吹砂步骤为在工件表面用0.3～0.6MPa的压力干吹刚玉砂得到已吹砂工件，刚玉砂粒度为200～240目。吹刚玉砂的目的是便于工件表面清理，刚玉砂的材质是氧化铝，压力过大，粒径过大将影响工件异型面的型面尺寸。

进一步地，固化步骤为将具有铝硅涂层的工件在75~85℃下固化0.5h；然后在340℃下固化0.5h。本发明将具有铝硅涂层的工件在75~85℃下低温固化，其目的在于使铝硅涂层初步固化，便于铝硅涂层厚度测量。现有技术中将具有铝硅涂层的工件不经低温固化直接高温固化，在高温固化过程中，由于铝硅料浆水分蒸发，铝硅涂层的厚度有所改变，导致固化后的工件表面铝硅涂层厚度偏低，导致最后扩散得到的铝硅渗层厚度不符合工艺要求。为了使铝硅渗层厚度符合要求，只能在渗层表面再加一层铝硅浆料，而这层铝硅浆料与铝硅渗层结合力差，经过扩散后得到的铝硅渗层容易分层。为了防止上述情况发生，本发明将具有铝硅涂层的工件先进行低温固化，使铝硅涂层在固化前后的厚度差别相差不大，防止铝硅涂层经过高温固化和真空扩散后，铝硅渗层的厚度变化，导致铝硅渗层厚度不符合规定，出现分层的现象。进行低温固化后再进行高温固化，使铝硅涂层完全固化，保证铝硅涂层与工件结合良好，固化温度过低则铝硅涂层不能完全干燥，导致铝硅涂层容易吸潮，涂层吸潮后发软，流动，不能保证一个稳定的状态；若固化温度过高，则达到铝的熔点，导致铝硅涂层中的铝容易熔化，反而影响铝硅涂层的均匀性。

进一步地，真空扩散步骤在真空或者氩气保护的环境下进行，扩散温度为1020℃，扩散时间为4h。采用通氩气保护或在真空环境下进行扩散，可以减少表面氧化夹杂。扩散温度为1020℃，既不影响基体材料的性能，同时铝、硅的活性最佳，得到的铝硅渗层质量最好。

进一步地，喷丸清理步骤的喷丸为粒径50mm的玻璃丸，喷丸压力为1×10⁵Pa。进行喷丸清理，使工件表面不含有其他杂质，保证铝硅渗层与工件表面的结合能力。当喷丸为粒径50mm，喷丸压力为1×10⁵Pa时，清理效果较好；由于铝硅渗层的脆性，若喷丸压力过大，将引起渗层剥落。

本发明提供了一种喷涂铝硅渗层的方法，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理，喷涂步骤包括以下步骤：将球磨好的铝硅料浆倒入喷枪内，以0.2MPa～0.25MPa压力喷涂在已吹砂的工件表面；将所述喷涂好的工件在80℃±5℃下烘10～20min至涂层发白；重复1至2步骤2~4次得到涂层厚度为50~100μm；然后进入80℃±5℃固化步骤，用涂层测厚仪测量涂层厚度，厚度＜50μm则按1至2步骤补喷，直至厚度达到50~100μm。然后进入涂层最终固化：80℃±5℃下烘0.5h，升至340℃±5℃。出炉冷却后，用涂层测厚仪测量涂层厚度。将喷好涂层的工件转入真空炉扩散，扩散温度为1020℃，扩散时间为4h。扩散后将工件有涂层的表面进行喷丸清理，去除表面的疏松涂层，得到符合技术要求的铝硅渗层工件。

实施例

以下实施例中所用的仪器或试剂均为市售。铝硅料浆为常用的市售料浆，本发明的铝硅料浆购于金属研究所。

实施例1

1）将铝硅料浆放入球料瓷罐中，用软布将铝硅料浆瓶与瓷罐之间的缝隙塞实，将瓷罐放置在球磨机上，球磨20~24h得到球磨好的铝硅料浆。

2）用JD22保护胶带保护非涂面；

3）用0.3~0.6MPa的压力在涡轮导向器的叶片和通道表面干吹粒度为200目的刚玉砂，待表面呈均匀的灰白色时停止吹砂，得到已吹砂的工件。

4）用干燥的压缩空气吹去零件表面的砂粒，将球磨后的料浆摇匀后倒入上杯式喷枪壶里，以喷枪压力为0.2~0.25MPa对依次对涡轮导向器的叶盆、通道、叶背进行喷涂得到喷涂好的工件。将喷涂好的工件在40℃～50℃烘箱中烘干至涂层变白，然后循环喷涂、干燥步骤3次得到涂层厚度为50~100μm的工件。将涂层厚度为50~100μm的工件在80℃±5℃烘箱中烘20min得到具有铝硅涂层的工件。

5）将具有铝硅涂层的工件表面的保护胶带拆掉，放入涂层烘箱中，在80℃±5℃下固化0.5h；然后在340±5℃℃下固化0.5h得到固化好的涂层。

6）将保护箱浸水检查无泄漏后，进行喷砂清理，用5倍保护箱体积的氩气驱赶保护箱中的空气得到处理好的保护箱。将处理好的保护箱加热至800℃，将固化好的工件放置在保护箱中，升至1020℃，保温4h得到具有铝硅渗层的工件。

7）调节喷丸压力为1×10⁵Pa，对具有铝硅渗层的工件表面干吹入粒径为50mm的玻璃丸进行喷丸清理，得到成品。

对比例1

1）将铝硅料浆球磨22h得到球磨好的铝硅料浆。

2）用0.3MPa的压力在涡轮导向器的叶片和通道表面干吹粒度为220目的刚玉砂，待表面呈均匀的灰白色时停止吹砂，得到已吹砂的工件。

3）将球磨好的铝硅料浆喷涂在涡轮导向器的叶片和通道表面得到渗层厚度为20~30μm的工件，将渗层厚度为20~30μm的工件在80℃烘箱中烘15min得到具有铝硅涂层的工件。

4）将具有铝硅涂层的工件放入烘箱中，在280℃下固化0.5h得到固化好的工件。

5）将固化好的工件放置在高温箱中，在1020℃下扩散4h得到具有铝硅渗层的工件。

6）调节喷丸压力为1×10⁵Pa，对具有铝硅渗层的工件表面干吹粒径为50mm的玻璃丸进行喷丸清理，得到成品。

对比例2

1）将铝硅料浆球磨10h得到球磨好的铝硅料浆。

3）用干燥的压缩空气吹去零件表面的砂粒，将球磨后的料浆摇匀后倒入上杯式喷枪壶里，以喷枪压力为0.2Mpa对依次对涡轮导向器的叶盆、通道、叶背进行喷涂得到涂层厚度为80~100μm的工件。

4）将涂层厚度为80~100μm的工件放入烘箱中，在400℃下固化0.5h得到固化好的工件。

5）将保护箱浸水检查无泄漏后，进行喷砂清理，用5倍保护箱体积的氩气驱赶保护箱中的空气得到处理好的保护箱。将处理好的保护箱加热至1020℃，保温4h得到具有铝硅渗层的工件。

6）调节喷丸压力为1×10⁵Pa，对具有铝硅渗层的工件表面干吹入粒径为50mm的玻璃丸进行喷丸清理，得到成品。

图2为实施例1的试片渗层的表面金相图，从图2中可知，按照实施例1的方法得到的铝硅渗层表面均匀，组织正常，质量优良，试片渗层深度70～80μm；图3为零件渗层的表面金相图，从图3中可知，零件渗层的深度50～80μm，组织正常，质量优良。

图4为对比例1的铝硅渗层的表面金相图，从图4中可知，按照对比例1的方法得到的渗铝硅渗层表面不均匀，排气边涂层偏薄（＜30μm），造成渗层偏浅（＜20μm）。

图5为对比例2的工件表面的铝硅涂层的照片，从图5中可知，按照对比例2的方法得到的铝硅渗层，喷涂前料浆混合不均匀，固体含量偏低，造成喷涂固化后工件表面的铝硅涂层龟裂。图6为对比例2的铝硅渗层表面金相图，从图6中可看出，龟裂的铝硅涂层经真空扩散，金相剖切看到铝硅渗层裂纹。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种铝硅料浆渗铝硅的方法，其特征在于，包括球磨料浆、吹砂、喷涂、固化、真空扩散、喷丸清理，所述喷涂步骤包括以下步骤：

(1)将经过所述球磨料浆步骤的铝硅料浆以0.2～0.25MPa压力喷涂在经过所述吹砂步骤的工件表面得到喷涂好的工件；

(2)将所述喷涂好的工件进行干燥步骤；

(3)重复1至2步骤2～3次得到涂层厚度为50～100μm的工件；

(4)将涂层厚度为50～100μm的工件在80℃±5℃下烘干10～20min，至涂层发白得到具有铝硅涂层的工件，然后进入固化步骤；

所述固化步骤为将所述具有铝硅涂层的工件在80℃±5℃下固化0.5h；然后在340℃±5℃下固化0.5h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述干燥步骤为将所述喷涂好的工件在室温下晾干或在40～50℃下烘干。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨料浆步骤为将铝硅料浆球磨20～24h得到所述球磨好的铝硅料浆。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吹砂步骤为在工件表面用0.3～0.6MPa的压力干吹刚玉砂得到已吹砂的工件表面，所述刚玉砂粒度为200～240目。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空扩散步骤是在真空或者氩气保护的环境下进行的，扩散温度为1020℃，扩散时间为4h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷丸清理步骤的喷丸为粒径50mm的玻璃丸，喷丸压力为1×10⁵Pa。