CN104593715B - 一种电弧喷涂丝材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可应用于耐高温、耐腐蚀涂层的电弧喷涂丝材及其制备方法。首次将铝带剪裁为适当尺寸，并经成型模具弯折为“U型”结构，作为电弧喷涂丝材的表皮；分别选取一定量的微米级粒径的Al₂O₃粉料和纳米级粒径的Al₂O₃粉料以及微米级的SiC粉末，并混合均匀，制备出粉芯材料；将粉芯材料均匀注入“U型”铝带中，通过模具使铝带紧密包覆粉芯，然后将包覆粉芯的铝带拉拔为电弧喷涂丝材。电弧喷涂丝材包括铝制外壳以及粉芯，铝制外壳紧密包裹粉芯；粉芯包括微米级粒径的Al₂O₃粉料、纳米级的Al₂O₃粉料以及微米级粒径SiC的粉料；粉芯占电弧喷涂丝材的质量含量为28％～40％。

Description

一种电弧喷涂丝材及其制备方法

技术领域

本发明属于热喷涂技术领域，特别涉及一种可应用于耐高温、耐腐蚀涂层的电弧喷涂丝材及其制备方法。

背景技术

耐高温、耐腐蚀、防滑涂层被广泛应用于航空母舰、大型驱逐舰等军舰主甲板、运载火箭发射平台，飞机起降跑道等部位，兼具耐高温、抗冲击、防滑等优异的机械性能，同时能抵抗溶剂、油、脂、海水等介质的腐蚀。目前国内应用较多的防滑涂层材料体系为树脂基防滑涂层体系，该涂层体系存在耐磨性较差、抗腐蚀性能差、结合强度低、寿命短等不足，而对于金属基陶瓷复合涂层喷涂材料的研究较少。在耐高温冲刷、防腐蚀涂层材料研制方面，国外经历了逐步从有机材料、金属Al、Ni/Al合金到目前已经成熟应用的金属陶瓷复合涂层材料体系的过程。美国近几年致力于耐高温、防腐蚀、耐磨损等多功能一体化的防护涂层应用研究，已经实现了火箭发射平台、发动机外表面、舰船甲板等关键部位的防护涂层应用，如近期关于F-35B新型战斗机的“短距起飞、垂直降落”状态进行了多次(常态、夜间)试验，这均依赖于其良好的金属陶瓷复合一体化防护涂层体系。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有防护需求的不足，提出一种可应用于耐高温、耐腐蚀涂层的电弧喷涂丝材及其制备方法，通过这种电弧喷涂丝材喷涂制备的涂层组织结构致密均匀、结合强度高、摩擦系数高，能够有效提高金属基体表面的耐磨防滑性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种电弧喷涂丝材的制备方法，通过以下步骤实现：

步骤一：将铝带弯折为“U型”中空结构，“U型”结构的下部和外壁封闭，上部开口，用于作为电弧喷涂丝材的表皮；

步骤二：分别选取微米级Al₂O₃粉料和纳米级Al₂O₃粉料以及微米级SiC粉末，并混合均匀，制备出粉芯材料；

步骤三：将步骤二的粉芯材料均匀注入步骤一的“U型”铝带的内部中空结构，再将“U型”口封闭，对封闭后的产品施加压力，使得铝带紧密包裹粉芯，并使整个产品呈圆形结构，然后将包覆粉芯的铝带拉拔为的喷涂丝材；

所述微米级Al₂O₃粉料的粒径范围为1～200μm，所述纳米级Al₂O₃粉料的粒径范围为500～990nm，所述微米级SiC的粉料的粒径范围为1～10μm。

所述粉芯材料中微米级粒径的Al₂O₃粉料的质量含量为97％～99％，所述纳米级Al₂O₃粉料的质量含量为0.8～2％，所述微米级SiC的粉料的质量含量为0.2～1％。

所述铝带的宽度为10-20mm、厚度为0.5-1.5mm；拉拔后喷涂丝材的外径为3mm±0.1mm。

一种通过以上方法制备的电弧喷涂丝材，所述电弧喷涂丝材包括铝制外壳以

及粉芯，所述铝制外壳紧密包裹粉芯；所述粉芯包括微米级Al₂O₃粉料、纳

米级Al₂O₃粉料以及微米级SiC的粉料；所述粉芯填充比例(粉芯质量占丝

材总质量比例)28％～40％，该范围内粉芯填充比例可控，误差±1.5％。

所述粉芯材料中微米级Al₂O₃粉料的质量含量为97％～99％，所述纳米级Al₂O₃粉料的质量含量为0.8～2％，所述微米级SiC的粉料的质量含量为0.2～1％。

所述微米级Al₂O₃粉料的粒径范围为1～200μm，所述纳米级Al₂O₃粉料的粒径范围为500～990nm，所述微米级SiC的粉料的粒径范围为1～10μm。

所述电弧喷涂丝材成品外径为3mm±0.1mm。

一种喷涂方法，其特征在于：通过以下步骤实现：

步骤一：将所述电弧喷涂丝材装入电弧喷涂设备送丝机构当中待喷涂，喷涂基体选用铝基体，喷涂前对基体喷涂部位吹砂处理；

步骤二：调整喷涂工艺参数对基体进行喷涂制备出Al/Al₂O₃涂层，其中，喷涂电压36～42V，喷涂电流300～400A，雾化空气压力0.4～0.6MPa，喷涂距离170～200mm，涂层厚度0.2～0.3μm。

吹砂选用24目棕刚玉，压缩空气压力0.5MPa；所述铝基体的规格为Φ40×50mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过选用微米级粒径的Al₂O₃粉料和纳米级粒径的Al₂O₃粉料以及微米级的SiC粉末，并混合均匀，制备出粉芯材料，通过喷涂设备进行喷涂后，抗拉结合强度达到21.2MPa，盐雾腐蚀240h后，涂层完好，无鼓泡失效现象，能够较好的满足应用要求。

(2)本发明可以通过调整微米级粒径的Al₂O₃粉料和纳米级粒径的Al₂O₃粉料以及微米级的SiC粉末的含量比例，可获得抗拉强度不同的产品，满足不同使用要求。

(3)本发明通过调整喷涂参数制备出性能良好的Al/Al₂O₃涂层，其中，喷涂电压36～42V，喷涂电流300～400A，雾化空气压力0.4～0.6MPa，喷涂距离170～200mm，涂层厚度0.2～0.3μm，按照这些参数对本发明的喷涂丝材进行喷涂，可获得性能良好的喷涂产品。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备的Al/Al₂O₃粉芯丝材截面的扫描电镜照片(放大倍数50倍)；

图2为本发明实施例1中电弧喷涂Al/Al₂O₃涂层截面的扫描电镜照片(放大倍数100倍)。

具体实施方式

本发明提供了一种电弧喷涂丝材的制备方法，通过以下步骤实现：

步骤一：喷涂丝材表皮选用牌号5052的铝带，其中铝带宽度为10-20mm、厚度为0.5-1.5mm的铝带，将铝带弯折为“U型”中空结构，中空的内部结构用于装填粉芯材料，作为电弧喷涂丝材的表皮；

步骤二：分别选取质量含量为97％～99％、粒径尺寸为1～200μm的Al₂O₃粉料，质量含量为0.8～2％、粒径尺寸为500～990nm的Al₂O₃粉料以及质量含量为0.2～1％、粒径尺寸为1～10μm的SiC粉末，并混合均匀，制备出粉芯材料；

步骤三：将步骤二的粉芯材料均匀注入步骤一的“U型”铝带的中空部分，并将“U型”铝带的开口封闭，对开口封闭后“U型”铝带外侧施加压力，使外侧铝带紧密包裹粉芯，且整体呈圆形，然后将包覆粉芯的铝带拉拔为的喷涂丝材，拉拔后喷涂丝材的外径为3mm±0.1mm；

进行喷涂前，还需要进行步骤四：即采用缠绕机构将制备的喷涂丝材缠绕成捆，每一捆电弧喷涂丝材的重量为5-15Kg，但根据喷涂设备的不同，每一捆喷涂丝材的重量可按实际需要选择。

通过上述所述方法制备的电弧喷涂丝材，包括铝制外壳以及粉芯，所述铝制外壳紧密包裹粉芯；所述粉芯包括微米级粒径的Al₂O₃粉料、纳米级的Al₂O₃粉料以及微米级粒径SiC的粉料，其中微米级粒径的Al₂O₃粉料在粉芯中的质量含量为97％～99％，其粒径尺寸范围是1～200μm；纳米级的Al₂O₃粉料在粉芯中的质量含量为0.8～2％，其粒径尺寸范围是500～990nm；微米级粒径SiC的粉料在粉芯中的质量含量为0.2～1％，其粒径尺寸范围是1～10μm；所述粉芯占电弧喷涂丝材的质量含量为28％～40％。

本发明的电弧喷涂丝材制备完成后，可进行电弧喷涂，喷涂方法如下：

步骤一：将本发明的电弧喷涂丝材装入电弧喷涂设备送丝机构当中待喷涂，喷涂基体选用铝基体，基体规格Φ40×50mm，喷涂前对基体喷涂部位吹砂处理，吹砂选用24目棕刚玉，压缩空气压力0.5MPa；

步骤二：选用步骤一设备、基体与喷涂丝材进行电弧喷涂，制备出Al/Al₂O₃涂层，涂层厚度0.2～0.3μm，电弧喷涂工艺参数为：喷涂电压36～42V，喷涂电流300～400A，雾化空气压力0.4～0.6MPa，喷涂距离170～200mm；

步骤三：对步骤二喷涂后试样进行涂层结合强度性能和耐盐雾腐蚀性能测试，要求测试结果满足涂层结合强度≥15MPa；且涂层经240h盐雾腐蚀试验无鼓泡失效。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

本实施例的Al/Al₂O₃粉芯丝材及电弧喷涂工艺由以下特征步骤组成：

1)粉芯配比：将粒度为1～200μm的Al₂O₃粉料、粒度500～990纳米的Al₂O₃粉料和粒度1～10μm SiC粉末的粉料按99:0.8:0.2的质量比混合，后将粉料倒入混料机中充分搅拌；

2)喷涂丝材制备：选用宽度12mm牌号5052的铝带作为喷涂丝材表皮，经弯折后填充步骤1)所得到的粉芯并包覆拉拔成外径约3mm的喷涂丝材，其中粉芯填充比例29.5％，喷涂丝材直径应为3.01mm；

3)采用电弧喷涂设备将该实施例步骤2)制得的Al/Al₂O₃粉芯丝材喷涂制备成铝基陶瓷复合涂层，电弧喷涂具体工艺参数：喷涂电压40V，喷涂电流400A，雾化空气压力0.5MPa，喷涂距离190mm。

本实施例步骤3)得到的Al/Al₂O₃粉芯丝材截面形貌照片如图1所示。

本实施例制备的Al/Al₂O₃涂层的截面形貌图如图2所示，涂层结合强度(按GB/T8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》)为24.6MPa，盐雾腐蚀(按GJB150-2009《军用装备环境试验方法第11部分：盐雾试验》)240h后，涂层完好，无鼓泡失效现象。

实施例2

本实施例的Al/Al₂O₃喷涂丝材及电弧喷涂工艺由以下特征步骤组成：

1)粉芯配比：将粒度为1～200μm的Al₂O₃粉料、粒度500～990纳米的Al₂O₃粉料和粒度1～10μm SiC粉末的粉料按97:2:1的质量比混合，后将粉料倒入混料机中充分搅拌；

2)喷涂丝材制备：选用宽度12mm牌号5052的铝带作为丝材表皮，经弯折后填充步骤1)所得到的粉芯并包覆拉拔成外径约3mm的喷涂丝材，其中粉芯填充比例39.2％，喷涂丝材直径应为3.01mm；

3)采用电弧喷涂设备将该实施例步骤2)制得的Al/Al₂O₃喷涂丝材喷涂制备成铝基陶瓷复合涂层，电弧喷涂具体工艺参数：喷涂电压40V，喷涂电流400A，雾化空气压力0.5MPa，喷涂距离190mm。

本实施例制备的Al/Al₂O₃复合涂层的结合强度(按GB/T8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》)为21.2MPa，盐雾腐蚀(按GJB150-2009《军用装备环境试验方法第11部分：盐雾试验》)240h后，涂层完好，无鼓泡失效现象。

本发明未详细说明的部分属本领域技术人员公知的常识。

Claims (6)

1.一种电弧喷涂丝材的制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

步骤一：将铝带经成型模具弯折为“U型”中空结构，作为电弧喷涂丝材的表皮；

步骤二：分别选取微米级Al₂O₃粉料和纳米级Al₂O₃粉料以及微米级的SiC粉末，并混合均匀，制备出粉芯材料；

步骤三：将步骤二的粉芯材料均匀注入步骤一的“U型”铝带的中空部分，将“U型”开口封闭后，对铝带进行挤压使铝带紧密包覆粉芯，然后将包覆粉芯的铝带拉拔为电弧喷涂丝材；

所述微米级Al₂O₃粉料的粒径范围为1～200μm，所述纳米级Al₂O₃粉料的粒径范围为500～990nm，所述SiC粉料的粒径范围为1～10μm；

所述粉芯材料中微米级Al₂O₃粉料的质量含量为97％～99％，所述纳米级Al₂O₃粉料的质量含量为0.8～2％，所述SiC的粉料的质量含量为0.2～1％。

2.根据权利要求1所述的一种电弧喷涂丝材的制备方法，其特征在于，所述铝带的宽度为10-20mm、厚度为0.5-1.5mm；拉拔后喷涂丝材的外径为3mm±0.1mm。

3.一种采用权利要求1所述方法制备的电弧喷涂丝材，其特征在于：所述电弧喷涂丝材包括铝制外壳以及粉芯，所述铝制外壳紧密包裹粉芯；所述粉芯包括微米级Al₂O₃粉料、纳米级Al₂O₃粉料以及微米级SiC的粉料；所述粉芯占电弧喷涂丝材的质量含量为28％～40％；

所述粉芯材料中微米级Al₂O₃粉料的质量含量为97％～99％，所述纳米级Al₂O₃粉料的质量含量为0.8～2％，所述SiC的粉料的质量含量为0.2～1％；

所述微米级Al₂O₃粉料的粒径范围为1～200μm，所述纳米级Al₂O₃粉料的粒径范围为500～990nm，所述微米级SiC的粉料的粒径范围为1～10μm。

4.根据权利要求3所述的一种电弧喷涂丝材，其特征在于：所述电弧喷涂丝材成品外径为3mm±0.1mm。

5.一种采用权利要求3所述的电弧喷涂丝材的喷涂方法，其特征在于：通过以下步骤实现：

步骤一：将所述电弧喷涂丝材装入电弧喷涂设备送丝机构当中待喷涂，喷涂基体选用铝基体，喷涂前对基体喷涂部位吹砂处理；

步骤二：调整喷涂工艺参数对基体进行喷涂制备出Al/Al₂O₃涂层，其中，喷涂电压36～42V，喷涂电流300～400A，雾化空气压力0.4～0.6MPa，喷涂距离170～200mm，涂层厚度0.2～0.3μm；

步骤三：对步骤二喷涂后试样进行涂层结合强度性能和耐盐雾腐蚀性能测试，要求测试结果满足涂层结合强度≥15MPa；且涂层经240h盐雾腐蚀试验无鼓泡失效。

6.根据权利要求5所述的一种喷涂方法，其特征在于：吹砂选用24目棕刚玉，压缩空气压力0.5MPa；所述铝基体的规格为Φ40×50mm。