CN103695834A - 在基体上喷涂钛涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；一次或多次喷涂步骤，在基体表面制备钛涂层；涂层后加工步骤。本发明通过采用超音速等离子喷涂纯钛涂层，可以在例如是钢材或铝及铝合金等基体上喷涂钛层。通过采用钛涂层技术，原先的钛设备就可用钢、铝或铝合金制造，然后喷涂钛涂层，同样可使设备具有钛设备的优异耐腐蚀性，同时降低了设备的制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，特别涉及一种采用超音速等离子喷涂技术在基体上钛涂层的方法。
背景技术
由于钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛应用于国民经济许多部门。特别是在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料。这对增加产量，提高产品质量，延长设备使用寿命，减少消耗，降低能耗，降低成本，防止污染，改善劳动条件和提高劳动生产率等方面都有十分重要的意义。钛金属已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一，并在化工装置中已确立了他的耐腐蚀地位。目前钛设备的应用已从最初的“纯碱与烧碱工业”扩展到氯酸盐、氯化铵、尿素、有机合成、染料、无机盐、农药、合成纤维、化肥、和精细化工等行业，设备种类已从小型、单一化发展到大型、多样化。目前近80%的化工设备都是由钛制成。钛材料相较于钢、铝或铝合金，成本较高。因此如何能够使设备既具备钛材料的耐腐蚀性，同时又能降低设备成本，已经成为本领域技术人员亟待解决的问题。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种采用超音速等离子喷涂纯钛涂层的方法，可以在例如是钢材或铝及铝合金等基体上喷涂钛层。通过采用钛涂层技术，原先的钛设备就可用钢、铝或铝合金制造，然后喷涂钛涂层，同样可使设备具有钛设备的优异耐腐蚀性，同时降低了设备的制造成本。
根据本发明的一个方面，提供一种在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；一次或多次喷涂步骤，在基体表面制备钛涂层；涂层后加工步骤。
优选地，所述喷涂步骤采用超音速等离子喷涂技术。
进一步地，所述方法包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前或之后，进行粗化处理，使得基体表面粗糙化。
优选地，所述涂层后加工步骤包括封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂或者涂漆对钛涂层进行封孔处理。
优选地，制备所述钛涂层的材料是200～350目的钛颗粒。
优选地，所述基体是由铝合金或者钢制成的设备构件。
优选地，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
优选地，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
优选地，所述钛涂层的厚度为0.1～0.4mm。
本发明采用钢、铝（铝合金）基体+钛涂层的工艺，与直接用钛制作设备比较，节约了钛的消耗，能够大幅降低成本，目前铝的价格是钛的1/3，钢的价格则更低。
此外，通过本发明的方法制备的钛涂层，与基体结合强度高；涂层沉积效率高，可达60%～70%，而超音速火焰喷涂和爆炸喷涂只有10%左右。此外，涂层的孔隙率低，约为3～4%。喷涂设备相对简单，对待喷涂的零部件没有尺寸限制，而低压等离子喷涂的设备复杂，且只能对形状简单，尺寸小的零件进行喷涂。
附图说明
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。
图1是本发明的采用超音速等离子喷涂钛涂层的方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
作为本发明的一种实施方式，采用超音速等离子喷涂技术在金属的基体表面制备钛涂层。超音速等离子喷涂技术是热喷涂技术的一种，它具有焰流温度高，喷涂粒子飞行速度高的特点，可喷涂材料广泛、涂层致密、与基体的结合强度高。利用等离子焰（非转移型等离子弧）将引入的喷涂粉末加热到熔融或半熔融状态，并在等离子焰的作用下，高速度地撞击到经处理过的基材表面上，然后摊平、铺展，最终形成具有层片状结构的涂层。
钛粉末是一种常用的耐蚀、高粘结性，且有较好韧性的喷涂材料。涂层厚度可以在0.1～0.4mm的范围内，有较高的结合强度。
采用超音速等离子喷涂技术在基体表面喷涂钛涂层包括基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘。可以在清除油脂和灰尘之后进行粗化处理，通常采用喷砂法粗化，也可采用其它方法粗化。
之后进行一次或多次喷涂步骤，在基体表面制备钛涂层。可根据涂层的厚度选择喷涂的次数，对于涂层较厚的情况可进行多次喷涂。
喷涂之后进行涂层后加工步骤。涂层后加工步骤可包括采用树脂或者涂漆封孔处理。此外，根据需要也可进行磨削加工，使得基体达到要求的尺寸。对于仅用于防腐的零部件可不用磨削加工。
参照图1，根据本发明的一个实施例，采用超音速等离子喷涂技术在基体表面喷涂钛涂层包括以下步骤：基体预处理步骤S10，用于清除基体表面的油脂和灰尘，在本实例中通过空烧（150℃×120min）或用脱脂溶剂彻底清除基体表面的油脂和灰尘。本实施例中，所述基体是将钢或铝（或铝合金）毛坯件按图纸加工成零部件，预留0.1～0.3mm的加工余量。
接下来在喷涂步骤S20中，通过超音速等离子喷涂技术在基体表面制备钛涂层。先用等离子焰流把气缸套壁预热到150℃，然后开始送粉，实施喷涂。喷涂参数如下：
主气（Ar）流量：135L/min
次气（N2）流量：6L/min
载气（N2）流量：0.6m3/h
工作电压：140V
工作电流：350A
喷涂距离：85mm
送粉量：25g/min
涂层材料：钛，粒度：200～350目
涂层厚度0.1～0.4mm
最后是涂层后加工步骤S30，对涂层表面。对于有尺寸要求的基体，可通过磨削加工，使得基体达到要求的尺寸。
此外，为了使得钛涂层的效果更好，可以在基体预处理之前对基体进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后进行清洗。也可以基体预处理步骤之后，进行粗化处理，例如用36目的刚玉砂均匀喷砂粗化处理，然后用压缩空气将基体表面吹净。
涂层厚度可以在0.1～0.4mm之间，若需要的涂层较厚，则可分多次实施喷涂，防止一次喷涂时间太长，基体过热。
此外，在喷涂步骤之后，可以进行封孔处理，例如喷涂完毕后立即用环氧树脂或酚醛树脂或者涂漆对钛涂层进行封孔处理，封孔时必须在喷涂结束后，基体未冷却前实施，这样封孔的效果最佳。然后再进行涂层后加工步骤。
通过本发明的方法获得的钛涂层构件与纯钛构件的耐腐蚀程度相当，例如经过80℃、HCl和Na(OH)溶液24小时浸泡试验，通过本发明方法获得的钛涂层与纯钛的腐蚀程度相当。
本发明中可采用钢材为基体，优点是价格便宜，结构强度高，但设备重量大。也可采用铝为基体，优点是设备重量轻，甚至比钛设备的重量都轻，（Al比钛的密度低），但价格相对钢材贵。也可以采用其他的轻质金属或合金材料作为基体。
钛材料的用途非常广泛，除了医疗、航天，其它领域的钛制品几乎都可用钛涂层来替代，因此本发明的方法应用前景广泛。本发明方法易操作，适宜于任意形状的钢、铸铁或者轻合金元件表面制备钛涂层，提高了元件的耐磨损性能和耐腐蚀性能，使制备的钛涂层致密、耐磨、耐腐蚀、热稳定性佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
基体预处理步骤，用于清除基体表面的油脂和灰尘；
一次或多次喷涂步骤，在基体表面制备钛涂层；
涂层后加工步骤。
2.如权利要求1所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述喷涂步骤采用超音速等离子喷涂技术。
3.如权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，进一步包括在清除基体表面的油脂和灰尘之前或之后，进行粗化处理，使得基体表面粗糙化。
4.如权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述涂层后加工步骤包括封孔处理，在喷涂完毕后立即用树脂或者涂漆对钛涂层进行封孔处理。
5.根据权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，制备所述钛涂层的材料是200～350目的钛颗粒。
6.根据权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述基体是由铝合金或者钢制成的设备构件。
7.根据权利要求4所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述树脂为环氧树脂或酚醛树脂。
8.根据权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，在所述喷涂步骤之前包括预热步骤，对基体进行预加热。
9.根据权利要求1或2所述的在基体上喷涂钛涂层的方法，其特征在于，所述钛涂层的厚度为0.1～0.4mm。
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