CN104607630A

CN104607630A - 粉末烧结磷光粒子指示复合涂层

Info

Publication number: CN104607630A
Application number: CN201410652848.2A
Authority: CN
Inventors: 李文生; 杨效田; 何玲; 冯力; 安国升
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明公开了一种磷光发光粒子并入的粉末烧结功能指示涂层和磷光发光粒子并入制备一层指示涂层，在其上制备耐磨损、耐腐蚀共生复合烧结涂层的方法。产品可用于零部件表面耐磨损及耐腐蚀涂层的磨损及腐蚀自敏发光检测或设备装配部件防伪。

Description

粉末烧结磷光粒子指示复合涂层

技术领域

本发明涉及磨损和腐蚀自敏发光检测技术，具体是粉末烧结铜基磷光粒子复合涂层及其制备方法。

背景技术

磨损、腐蚀是机械失效的主要形式，在采用声发射、光热辐射、超声振动和铁谱技术等检测磨损及腐蚀情况时，都需要先进的传感器、丰富的生产数据经验或模型，昂贵并费时。

发展一种利用荧(磷)光发光涂层进行磨损或腐蚀状态的在线监测方法，采用更简单有效的方法对磨损、腐蚀表面进行在线监测就至关重要。即将荧(磷)光发光粒子并入或作为耐磨损、耐腐蚀功能层下一种复合指示层，荧(磷)光粒子在正常光照下与基体材料无法区分，但在紫外光照射下发出持续的可见光，检查人员使用手持紫外线仪就可以定期检查磨损或腐蚀情况。

工业大型机械零部件多以超音速、等离子等表面工程技术制备涂层来实现零部件的表面防磨损、防腐蚀保护，但普通超音速、等离子和火焰喷涂热源是影响荧(磷)光粒子发光性能猝灭的关键因素，同时单独的无机盐荧(磷)光粒子涂层在金属基体上的结合力是相当微弱的，达不到工业涂层应用的要求。

发明内容

本发明为了解决含有荧(磷)光粒子的涂层发光性能猝灭的技术问题，以达到更简单有效的对磨损、腐蚀表面进行在线监测。本发明是通过将磷光发光粒子并入的粉末烧结铜基功能指示涂层或者将磷光发光粒子并入涂层作为耐磨损、耐腐蚀功能层下指示层的烧结共生复合涂层，提供了一种磷光指示粒子并入或作为耐磨、蚀功能层下指示层的共生复合涂层的高效制备方法，实现耐磨损、耐腐蚀涂层磨损及腐蚀在线监测技术。

本发明的磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层具体的制备方法是：按体积定量盛取铝青铜基粉末，磷光粒子按铝青铜基粉末总体体积分数的15.0～40.0％配料，加入配料总体积分数为0.5～2.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机中混合30～60分种，按涂层厚度要求配料并同保护零件基体一同装入石墨模具中，然后在真空感应烧结压机中加压(8.5～17.0MPa)烧结成零件基体上的磷光发光粒子并入的功能指示涂层。烧结温度范围为650～840℃，保温时间为6～12分钟。

磷光粒子选用SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度分布为(-150～+200)目。铝青铜基粉末，其化学成分(质量分数)为：Cu为78.00％，Al为13.00％，Mn为1.80％，Fe为4.00％，Co为1.50％，Ni为1.50％，Ce为0.20％。粒度分布为(-160～+260)目。

磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层材料可以根据实用工况的不同，扩展到Cu基、Al基和Ni基等具有良好烧结成型性能的耐磨蚀粉体材料。

磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层的有益效果为：磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层主要由高铝青铜烧结相、SrAl₂O₄的低温α相和高温β相共同组成，涂层的发射光谱是典型的Eu²⁺的4f5d→4f特征发射谱。涂层硬度为HV 382～400，涂层与基体界面处主要以机械结合为主，并存在部分微区焊合点，涂层与基体抗拉结合强度为45～60Mpa。涂层与SUS 304不锈钢干摩擦摩擦系数为0.22，与相近国标牌号合金ZQAl9-4,ZQAl10-4-4粉末烧结涂层相比较，具有较高的承载能力和减摩性。在NaCl、H₂SO₄溶液中腐蚀速率都处在腐蚀四级标准中的优良级。

磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层技术的另一个潜在市场就是设备装配部件防伪，例如将厂商的部件按生产批次用磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层镶嵌标记，用紫外光照在这个部件的镶嵌标记位置上，就可确信部件的真实性。

本发明的磷光发光粒子并入涂层作为耐磨损、耐腐蚀功能层下指示层的共生复合烧结涂层，首先在零件本体表面压制烧结一层磷光粒子并入的涂层作为指示层，然后再在指示层表面压制烧结一层纯功能材料涂层，功能层在工作监测过程中紫外照射无发光，若间断监测中出现发光现象，则说明功能涂层已被磨损或腐蚀。

具体的制备方法为：按体积定量盛取指示层金属粉末，指示层金属粉末选用Ni65G镍基合金粉。磷光粒子选用SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度分布为(-150～+200)目。将磷光粒子按Ni65G镍基合金粉总体体积分数的15.0～40.0％配料，加入配料总体积分数0.5～2.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机中混合30～60分种，按指示涂层厚度要求盛料、同保护零件基体装入石墨模具中，在真空感应烧结压机中加压(8.5～17.0MPa)烧结成保护零件基体上的指示层。烧结温度范围为750～860℃，保温时间为4～10分钟。然后对制备的磷光粒子并入的指示层进行机械粗化处理，再将功能层铝青铜基粉末按功能涂层厚度要求盛料、同保护零件基体一同装入石墨模具中，在真空感应烧结压机中加压(8.5～17.0MPa)烧结成指示涂层上的共生复合涂层的功能层。烧结温度范围为650～840℃，保温时间为6～12分钟。

磷光发光粒子并入涂层作为耐磨损、耐腐蚀功能层下指示层的共生复合烧结涂层的有益效果为：磷光粒子并入的指示层为自熔性镍基合金粉末，合金粉末高含量的铬与C、B生成硬度极高的硬质相弥散分布在基体中，稀土Yb具有细化晶粒，净化组织的作用，提高了合金涂层的硬度及耐磨性能；高含量的Ni和Cu元素，提高了涂层抗氯离子腐蚀的性能，高含量的钼消除了Ni₃B网状组织，涂层组织更加均匀，硬度为HRC 62～65，涂层与基体抗拉结合强度为65～80Mpa；涂层的发射光谱是典型的Eu²⁺的4f5d→4f特征发射谱。功能层组织主要由高铝青铜烧结相组成，硬度为HV 362～380，功能涂层与指示涂层界面处抗拉结合强度为50～65Mpa。功能涂层与SUS 304不锈钢干摩擦摩擦系数为0.18，与相近国标牌号合金ZQAl9-4,ZQAl10-4-4粉末烧结涂层相比较，具有较高的承载能力和减摩性。在NaCl、H₂SO₄溶液中腐蚀速率都处在腐蚀四级标准中的优良级。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是铝酸锶、铝酸锶掺杂的高铝铜合金复合材料的烧结涂层和等离子喷涂涂层猝灭性研究结果。

图2是磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层在波长254nm紫外光照下、数码相机拍摄的发出的黄绿色光；

图3是为磷光发光粒子并入涂层作为耐磨损、耐腐蚀功能层下指示层的共生复合烧结涂层局部磨损后在荧光显微镜下的发光情况。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

有图1所示的铝酸锶、铝酸锶掺杂的高铝铜合金复合材料的烧结涂层和等离子喷涂涂层猝灭性研究结果可以看出，采用烧结方法制备的铝酸锶掺杂高铝铜合金发光涂层较采用等离子方法制备的涂层具有更好抗猝灭性能。研究显示，单纯的铝酸锶涂层的结合强度仅为12.5Mpa，采用等离子方法制备的铝酸锶掺杂的高铝铜合金涂层结合强度不高于36Mpa，而采用烧结方法制备的铝酸锶掺杂高铝铜合金发光涂层结合强度能够达到48.6Mpa。

实施例1

磷光发光粒子并入的铜基粉末烧结功能指示涂层制备：

铝青铜基粉末，其化学成分(质量分数)为：Cu为78.00％，Al为13.00％，Mn为1.80％，Fe为4.00％，Co为1.50％，Ni为1.50％， Ce为0.20％。粒度分布为(-160～+260)目。

磷光粒子选用SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度为180目。

按体积定量盛取铝青铜基粉末，磷光粒子按铝青铜基粉末总体体积分数的25.0％配料，加入配料总体积分数1.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机(TD-2)中混合30分种，按涂层厚度要求盛料、同零件基体一同装入石墨模具中，然后在真空感应烧结压机(RYJ-2000Z)中加压15.0Mpa烧结零件基体上的功能指示涂层。烧结温度范围为700℃，保温时间为6分钟。烧结成形的铜基粉末功能指示涂层兼备典型的Eu²⁺的4f5d→4f特征发射谱和良好的耐磨蚀、耐腐蚀性能。

实施例2

磷光发光粒子并入涂层作为耐磨损、耐腐蚀功能层下指示层的共生复合烧结涂层制备：

功能层铝青铜基粉末，其化学成分(质量分数)为：Cu为78.00％，Al为13.00％，Mn为1.80％，Fe为4.00％，Co为1.50％，Ni为1.50％，Ce为0.20％。粒度分布为(-160～+260)目。

指示层金属粉末选用Ni65G镍基合金粉，粒度分布为(-160～+260)目。

磷光粒子选用SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度为150目。

按体积定量盛取指示层Ni65G镍基合金粉末，磷光粒子按Ni65G镍基合金粉总体体积分数的25.0％配料，加入配料总体积分数1.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机(TD-2)中混合30分种，按指示层厚度要求盛料、同零件基体一同装入石墨模具中，在真空感应烧结压机(RYJ-2000Z)中加压(17.0MPa)烧结成零部件基体上的指示层。烧结温度范围为750℃，保温时间为5分钟。然后对制备的零件基体上的指示层进行机械粗化处理，按功能层厚度要求盛取功能层铝青铜基粉末、同零件基体一同装入石墨模具中，在真空感应烧结压机(RYJ-2000Z)中加压(15.0MPa)烧结零部件基体上的指示涂层上方的共生复合涂层的功能涂层。烧结温度范围为720℃，保温时间为6分钟。烧结成形的共生复合涂层的铜基功能层具务良好的耐磨蚀、耐腐蚀性能，指示涂层兼备典型的Eu²⁺的4f5d→4f特征发射谱。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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

1.一种含有磷光发光粒子的能指示涂层，其特征在于：指示涂层中含有磷光粒子、铝青铜基粉末，其中磷光粒子为SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度分布为-150～+200目，铝青铜基粉末化学成分按质量分数计各组分含量如下：Cu为78.00％，Al为13.00％，Mn为1.80％，Fe为4.00％，Co为1.50％，Ni为1.50％，Ce为0.20％，粒度分布为-160～+260目。

2.制备根据权利1要求所述指示涂层的方法，其特征在于：按体积定量盛取铝青铜基粉末，磷光粒子按铝青铜基粉末总体积分数的15.0～40.0％配料，加入配料总体积分数0.5～2.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机中混合30～60分种，按涂层厚度要求配料并同保护零件基体一同装入石墨模具中，然后在真空感应烧结压机中加压至8.5～17.0MPa烧结成零件基体上的磷光发光粒子功能指示涂层，烧结温度范围为650～840℃，保温时间为6～12分钟。

3.一种含有磷光发光粒子的能指示涂层，其特征在于：指示涂层中含有磷光发光粒子、Ni65G镍基合金粉末，其中磷光粒子选用SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺磷光粉(铕、镝激活铝酸锶)，粒度分布为-150～+200目。

4.制备权利要求3所述的指示涂层的方法，其特征在于：按体积定量盛取Ni65G金属粉末，磷光粒子按Ni65G金属粉末总体体积分数的15.0～40.0％配料，加入配料总体积分数0.5～2.0％的液体石蜡作为成型剂，在三维涡流混料机中混合30～60分种，按涂层厚度要求盛料并同零件基体一同装入石墨模具中，在真空感应烧结压机中加压至8.5～17.0MPa，烧结零件基体上的复合指示烧结涂层，烧结温度范围为750～860℃，保温时间为4～10分钟。然后对制备的指示层进行机械粗化处理，再将铝青铜基粉末按功能涂层厚度要求盛料连同保护零件基体一同装入石墨模具中，在真空感应烧结压机中加压至8.5～17.0MPa，烧结成指示涂层上的共生复合涂层的功能层，烧结温度范围为650～840℃，保温时间为6～12分钟。