CN103074570A - 一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法 - Google Patents

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郝胜智
王慧慧
赵丽敏
贺冬云
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Dalian University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法，利用强流脉冲电子束进行热喷涂涂层表面重熔处理，生成表面平整和结构致密的表层改性组织，防止高温腐蚀介质浸入涂层缺陷和侵蚀基体材料，提高热喷涂涂层的耐高温盐腐蚀性能。本发明具有以下积极效果：强流脉冲电子束具有高能量密度，适用于各种合金及陶瓷涂层的表面重熔处理，同时具有能量转换率高的优点；强流脉冲电子束涂层表面辐照处理是在真空环境下进行，工件表面无烧蚀和元素污染，没有环境排放问题，同时具有操作简单、能量控制精度高，以及质量稳定和自动化程度高等优点。

Description

一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法
技术领域
本发明属于材料表面改性技术领域，涉及到一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法。
背景技术
热喷涂技术是涂层制备的一种方法，是表面防护和强化技术之一，在表面工程中占有重要地位。热喷涂方式多样，喷涂材料品种多，范围广，能在各种材料（包括金属、陶瓷、玻璃、塑料、木材、甚至布和纸）表面制备涂层，而且对工件尺寸没有特殊要求，工件温度低于200℃，不易变形，因此在航空航天、机械冶金、煤炭电力、化工石油、兵器、乃至食品纺织等领域都得到了应用，有显著的经济及社会效益。其中，电弧热喷涂技术具有成本低、生产效率高、质量可靠、适合大面积推广的优点，主要应用于工程装备零部件的表面磨损和腐蚀性能的防护。但是，热喷涂涂层表面非常粗糙疏松，有未融化颗粒附着且存在大的空洞和裂纹，截面组织主要表现为层片状特征，分布有不同变形程度的颗粒结构，层间结合不紧密，有大的缝隙和氧化物夹杂。为防止环境腐蚀介质浸入涂层孔隙到达基体材料，必须对涂层进行后处理或复合处理（如火焰重熔、感应重熔、激光重熔和热等静压等）以提高涂层的使用性能。
激光重熔是当前实现涂层表面改性处理的常用方法。但是，由于激光加工过程在大气条件下进行，此时必须采用辅助气体来隔绝空气，否则工件表面会产生氧化和烧蚀现象。另外，激光的能量透入深度小，再加上处理表面对入射激光的反射作用，使得激光的总体能量转换效率较低。因此，需要开发更为切实可行的热喷涂涂层表面改性处理方法。
强流脉冲电子束（HCPEB）作为一种新型荷电粒子束技术，近年来得到迅速发展。相比于激光束和离子束等表面改性技术，电子束的射程更深，能量注入密度更高，处理工件表层（10-5-10-6 m）产生快速加热（109 K/s）和冷却（107-108 K/m）过程，引发剧烈的热力耦合作用，可形成结构致密、成分均匀的非平衡显微组织和梯度应力分布状态，表面改性效果更为显著。此外，强流脉冲电子束表面处理工艺还具有工件变形小，能量转换率高，无环境污染和自动化控制程度高等技术优势。
基于以上问题综合考虑，本发明提出对热喷涂涂层进行强流脉冲电子束快速重熔处理，制备表面平整和结构致密的表层改性组织，提高热喷涂涂层的耐高温盐腐蚀性能。
发明内容
针对热喷涂涂层所存在的不足，本发明提出一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法。利用强流脉冲电子束进行热喷涂涂层表面重熔处理，生成表面平整和结构致密的表层改性组织，防止高温腐蚀介质浸入涂层缺陷和侵蚀基体材料，提高热喷涂涂层的耐高温盐腐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明采取的具体技术方案是：
一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法，具体步骤为：
（1）通过喷砂工艺去除金属基体表面的附着物和氧化皮，制备粗化表面；
选择热喷涂材料和具体操作工艺，利用热喷涂设备完成表面涂层的制备；利用电动砂轮机在涂层表面进行打磨，控制压紧力度，去除热喷涂涂层表面的松散沉积物，用干燥压缩空气吹气清理，得到所需工件；
（2）将工件放入强流脉冲电子束装置中，抽真空；根据涂层的改性处理要求，设定工作距离，选择强流脉冲电子束能量密度为1~20J/cm2，脉冲宽度为1~50μs，对涂层表面进行辐照重熔处理；处理完毕，打开真空室，取出涂层工件，检试工艺效果。
本发明技术具有以下效益：
1. 强流脉冲电子束具有高能量密度，适用于各种合金及陶瓷涂层的表面重熔处理，同时具有能量转换率高的优点。
2. 强流脉冲电子束辐照处理在真空室内进行，处理环境洁净，对工件表面无元素污染，同时没有环境排放问题。
3. 强流脉冲电子束重熔处理使热喷涂涂层表面结构平整，表层组织连续致密，可有效隔断高温腐蚀介质的浸入，保护涂层和基体材料。
4. 利用强流脉冲电子束实现热喷涂涂层表面重熔处理具有操作简单、能量控制精度高，以及质量稳定和自动化程度高等优点。
附图说明
图1为强流脉冲电子束辐照处理前热喷涂涂层表面扫描电镜形貌。
图2为强流脉冲电子束辐照处理后热喷涂涂层表面扫描电镜形貌。
图3为强流脉冲电子束辐照处理前热喷涂涂层截面金相显微形貌。
图4为强流脉冲电子束辐照处理后热喷涂涂层截面金相显微形貌。
具体实施例
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步详述。
采用HOPE-I强流脉冲电子束装置辐照处理热喷涂涂层，提高其耐高温盐腐蚀性能。具体步骤如下：
（1）对45#钢基体材料表面进行喷砂粗化处理；
（2）利用ZPG-400B型电弧喷涂系统，QDⅢ-250型喷枪喷涂厚约50μm的NiCrAl（10.5 Cr，4.5 Al，Ni余量）涂层，喷涂距离20cm，移枪速度100mm/s，送气压力0.5MPa；
（3）利用电动砂轮机1000r/min在涂层表面进行反复打磨，控制压紧力度，去除热喷涂涂层表面的松散沉积物，用干燥压缩空气吹气清理；
（4）将表面清理好的涂层工件放入强流脉冲电子束装置中，抽真空到预定工作值，本实施例真空度指标为5.0×10-3 Pa；
（5）设置强流脉冲电子束装置处理参数：能量密度为16J/cm2，脉冲宽度为40μs，工作距离10cm，脉冲次数为15次，对涂层表面进行辐照处理；
（6）处理完毕，打开真空室，取出涂层工件，检试工艺效果。
利用金相和扫描电子显微镜观察强流脉冲电子束处理前后电弧喷涂NiCrAl涂层的形貌特征。如图1所示，电弧喷涂制备涂层表面非常粗糙疏松，有未融化颗粒附着且存在大的空洞和裂纹。经强流脉冲电子束重熔处理后，涂层表面变得连续致密，如图2所示。如图3所示，电弧喷涂制备涂层的截面组织主要表现为层片状特征，分布有不同变形程度的颗粒结构，层间结合不紧密，有大的缝隙和氧化物夹杂。经强流脉冲电子束处理后，涂层表面形成重熔组织，结构致密，层间的孔隙和空洞消失，如图4所示。由X射线衍射分析发现，涂层表面的α-Al2O3相结构含量增加。选用重量比为8:5的Na2SO4+K2SO4饱和盐水，在650oC进行高温盐腐蚀测试，腐蚀时间为100小时。测试结果表明，经强流脉冲电子束重熔处理后的涂层表面保持光滑平整状态，而未处理的NiCrAl涂层表面发生严重腐蚀。

Claims (2)

1.一种提高热喷涂涂层耐高温盐腐蚀性能的处理方法，利用强流脉冲电子束进行热喷涂涂层表面重熔处理，生成表面平整和结构致密的表层改性组织，防止高温腐蚀介质浸入涂层缺陷和侵蚀基体材料，提高热喷涂涂层的耐高温盐腐蚀性能；其特征包括步骤如下：
（1）通过喷砂工艺去除金属基体表面的附着物和氧化皮，制备粗化表面；然后选择热喷涂材料，利用热喷涂设备完成金属基体表面涂层的制备；在涂层表面进行打磨，去除热喷涂涂层表面的松散沉积物，用干燥压缩空气吹气清理，得到所需工件；
（2）将工件放入强流脉冲电子束装置中，抽真空；根据涂层的改性处理要求，设定工作距离，选择强流脉冲电子束能量密度为1~20J/cm2，脉冲宽度为1~50 μs，完成涂层表面的辐照重熔处理。
2.权利要求1所述的处理方法，其特征在于：通过热喷涂方法制备的涂层厚度不小于10μm。
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