CN104846307A - 用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层及其喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20-24份，硅灰石：18-25份，石英：2-10份，氧化钛：3-5份，碳化硅: 6-10份，氯化镁：9-13份，磷酸锆:3-5份，碳酸钙：2-4份，助剂：5-7份，氧化铈：2-4份，稀土：1-2份，锆英石：1-2份，乙二醇：10-15份；本发明于陶瓷粉末成分和比例合适，陶瓷涂层的平均晶粒尺寸为 52.8nm，熔融的外壳呈方向性很强的柱状晶结构，耐冲击性能好，硬度高；具有较宽的耐温性、耐烧蚀性好、并且具有良好的力学性能，强度大；采用的等离子喷涂设备电流稳定，所形成的氧化铝涂层平整致密，与金属基材结合强度好。
Description
技术领域
本发明涉及一种热喷涂的陶瓷及其喷涂方法，具体的说是一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层及其喷涂方法，属于热喷涂技术领域。
背景技术
随着社会的发展，陶瓷在很多领域中占有重要的地位，并且受到很多消费者的认可，陶瓷的使用环境十分复杂，尤其是具有高温的环境下，大大降低了使用寿命，增加成本，所以传统的陶瓷材料已经无法满足日益苛刻的工作要求，开发具有耐高温、耐腐蚀、抗冲击、抗疲以及耐磨损的新型复合材料已经成为材料科学研究的重要课题。其中在金属表面通过热喷涂的形式来涂覆陶瓷层的方法来制备既具有金属的韧性和强度、又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀等优点的复合材料已成为一个重要的研究方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层及其喷涂方法，制备的陶瓷涂层表面厚度≥2mm，致密度≥96％，克服传统热喷涂技术中小于10mm的陶瓷涂层耐高温性能差的缺点。
本发明解决以上技术问题的技术方案：提供一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20-24份，硅灰石：18-25份，石英：2-10份，氧化钛：3-5份，碳化硅: 6-10份，氯化镁：9-13份，磷酸锆:3-5份，碳酸钙：2-4份，助剂：5-7份，氧化铈：2-4份，稀土：1-2份，锆英石：1-2份，乙二醇：10-15份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.5-7.8%，钇：8.4-9.6%，钕：6.1-7.8%，镨：4.7-5.5%，钐： 8.2-10.5%，铽：12.2-15.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：25-30份，二氧化锰：15-22份，聚乙烯醇：5-7份，四盐基铬酸锌：2-7份，羧甲基纤维素：8-12份。
本发明的进一步限定技术方案，前述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20份，硅灰石：18份，石英：2份，氧化钛：3份，碳化硅: 6份，氯化镁：9份，磷酸锆:3份，碳酸钙：2份，助剂：5份，氧化铈：2份，稀土：1份，锆英石：1份，乙二醇：10份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.5%，钇：8.4%，钕：6.1%，镨：4.7%，钐：8.2%，铽：12.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：25份，二氧化锰：15份，聚乙烯醇：5份，四盐基铬酸锌：2份，羧甲基纤维素：8份。
前述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:22份，硅灰石：23份，石英：6份，氧化钛：4份，碳化硅:8份，氯化镁：11份，磷酸锆:4份，碳酸钙：3份，助剂：6份，氧化铈：3份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：13份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.6%，钇：8.9%，钕：6.8%，镨：5.2%，钐：9.5%，铽：13.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：28份，二氧化锰：19份，聚乙烯醇：6份，四盐基铬酸锌：5份，羧甲基纤维素：10份。
前述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石: 24份，硅灰石：25份，石英：10份，氧化钛：5份，碳化硅: 10份，氯化镁：13份，磷酸锆:5份，碳酸钙：4份，助剂：7份，氧化铈：4份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：15份；
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所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：30份，二氧化锰：22份，聚乙烯醇：7份，四盐基铬酸锌：7份，羧甲基纤维素：12份。
一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤（1）：称取各原料，采用喷雾干燥法、烧结破碎法或机械球磨法的任意一种方法进行破碎，制成喷涂用陶瓷粉末；
步骤（2）：对待喷涂的金属基材进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；
步骤（3）：对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理；
步骤（4）：将金属基材放入预热炉进行预热操作，预热温度为80-105℃，预热时间35-50min；在预热后的金属基材表面迅速喷涂一层厚度为0.08-0.35mm的粘结底层，使其形成与金属基材表面形成粗糙涂层；
步骤（5）：将步骤（1）得到的干燥陶瓷粉末送入热喷涂系统的送粉器内，其中送粉器送粉气体为氩气，气体流量为55-80L/min；
步骤（6）：设置等离子喷涂工艺参数，调节喷涂喷嘴的角度，使喷涂射流轴角度与基材表面的夹角保持60°-90°，然后设置机械手控制喷嘴与金属基材的喷涂距离为10-15cm，喷嘴的移动速度为 0.01-0.03m/s，启动热喷涂系统和机械手，在金属基材表面喷涂覆盖一次后得到陶瓷涂层；
步骤（7）：在陶瓷层表面填充封孔剂即可。
前述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，步骤（5）中的所述等离子喷涂工艺参数为：氩气的气流量为100-150L/min，氮气的气流量为3-15L/min，工作电流为300-550A，工作电压为150-200V。
进一步的，前述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，所述粘结底层为Mo、NiAl、NiCr或者铝青铜其中的一种。
本发明的有益效果：本发明于陶瓷粉末成分和比例合适，陶瓷涂层的平均晶粒尺寸为 52.8nm，熔融的外壳呈方向性很强的柱状晶结构；具有较宽的耐温性、耐烧蚀性好、并且具有良好的力学性能，强度大；采用的等离子喷涂设备电流稳定，所形成的氧化铝涂层平整致密，与金属基材结合强度好，硬度为HRC65-80，表现出良好的功能特性，显著提高了部件的使用精度和寿命。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20份，硅灰石：18份，石英：2份，氧化钛：3份，碳化硅: 6份，氯化镁：9份，磷酸锆:3份，碳酸钙：2份，助剂：5份，氧化铈：2份，稀土：1份，锆英石：1份，乙二醇：10份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.5%，钇：8.4%，钕：6.1%，镨：4.7%，钐：8.2%，铽：12.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：25份，二氧化锰：15份，聚乙烯醇：5份，四盐基铬酸锌：2份，羧甲基纤维素：8份。
本实施例提供的一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤（1）：称取各原料，采用喷雾干燥法、烧结破碎法或机械球磨法的任意一种方法进行破碎，制成喷涂用陶瓷粉末；
步骤（2）：对待喷涂的金属基材进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；
步骤（3）：对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理；
步骤（4）：将金属基材放入预热炉进行预热操作，预热温度为80℃，预热时间50min；在预热后的金属基材表面迅速喷涂一层厚度为0.08mm的含Mo的粘结底层，使其形成与金属基材表面形成粗糙涂层；
步骤（5）：将步骤（1）得到的干燥陶瓷粉末送入热喷涂系统的送粉器内，其中送粉器送粉气体为氩气，气体流量为55L/min；
步骤（6）：设置等离子喷涂工艺参数，等离子喷涂工艺参数为：氩气的气流量为100L/min，氮气的气流量为3L/min，工作电流为300A，工作电压为200V；调节喷涂喷嘴的角度，使喷涂射流轴角度与基材表面的夹角保持60°，然后设置机械手控制喷嘴与金属基材的喷涂距离为10cm，喷嘴的移动速度为 0.01m/s，启动热喷涂系统和机械手，在金属基材表面喷涂覆盖一次后得到陶瓷涂层；
步骤（7）：在陶瓷层表面填充封孔剂即可。
实施例2
本实施例提供一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:22份，硅灰石：23份，石英：6份，氧化钛：4份，碳化硅:8份，氯化镁：11份，磷酸锆:4份，碳酸钙：3份，助剂：6份，氧化铈：3份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：13份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.6%，钇：8.9%，钕：6.8%，镨：5.2%，钐：9.5%，铽：13.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：28份，二氧化锰：19份，聚乙烯醇：6份，四盐基铬酸锌：5份，羧甲基纤维素：10份。
本实施例提供的一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤（1）：称取各原料，采用喷雾干燥法、烧结破碎法或机械球磨法的任意一种方法进行破碎，制成喷涂用陶瓷粉末；
步骤（2）：对待喷涂的金属基材进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；
步骤（3）：对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理；
步骤（4）：将金属基材放入预热炉进行预热操作，预热温度为95℃，预热时间40min；在预热后的金属基材表面迅速喷涂一层厚度为0.15mm的含NiAl的粘结底层，使其形成与金属基材表面形成粗糙涂层；
步骤（5）：将步骤（1）得到的干燥陶瓷粉末送入热喷涂系统的送粉器内，其中送粉器送粉气体为氩气，气体流量为60L/min；
步骤（6）：设置等离子喷涂工艺参数，等离子喷涂工艺参数为：氩气的气流量为130L/min，氮气的气流量为10L/min，工作电流为450A，工作电压为180V；调节喷涂喷嘴的角度，使喷涂射流轴角度与基材表面的夹角保持75°，然后设置机械手控制喷嘴与金属基材的喷涂距离为12cm，喷嘴的移动速度为 0.02m/s，启动热喷涂系统和机械手，在金属基材表面喷涂覆盖一次后得到陶瓷涂层；
步骤（7）：在陶瓷层表面填充封孔剂即可。
实施例3
本实施例提供一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石: 24份，硅灰石：25份，石英：10份，氧化钛：5份，碳化硅: 10份，氯化镁：13份，磷酸锆:5份，碳酸钙：4份，助剂：7份，氧化铈：4份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：15份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.8%，钇：9.6%，钕：7.8%，镨：5.5%，钐：10.5%，铽：15.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：30份，二氧化锰：22份，聚乙烯醇：7份，四盐基铬酸锌：7份，羧甲基纤维素：12份。
本实施例提供的一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤（1）：称取各原料，采用喷雾干燥法、烧结破碎法或机械球磨法的任意一种方法进行破碎，制成喷涂用陶瓷粉末；
步骤（2）：对待喷涂的金属基材进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；
步骤（3）：对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理；
步骤（4）：将金属基材放入预热炉进行预热操作，预热温度为105℃，预热时间35min；在预热后的金属基材表面迅速喷涂一层厚度为0.35mm含NiCr的粘结底层，使其形成与金属基材表面形成粗糙涂层；
步骤（5）：将步骤（1）得到的干燥陶瓷粉末送入热喷涂系统的送粉器内，其中送粉器送粉气体为氩气，气体流量为80L/min；
步骤（6）：设置等离子喷涂工艺参数，等离子喷涂工艺参数为：氩气的气流量为150L/min，氮气的气流量为15L/min，工作电流为550A，工作电压为150V；调节喷涂喷嘴的角度，使喷涂射流轴角度与基材表面的夹角保持90°，然后设置机械手控制喷嘴与金属基材的喷涂距离为15cm，喷嘴的移动速度为0.03m/s，启动热喷涂系统和机械手，在金属基材表面喷涂覆盖一次后得到陶瓷涂层；
步骤（7）：在陶瓷层表面填充封孔剂即可。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (7)
1. 用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其特征在于：其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20-24份，硅灰石：18-25份，石英：2-10份，氧化钛：3-5份，碳化硅: 6-10份，氯化镁：9-13份，磷酸锆:3-5份，碳酸钙：2-4份，助剂：5-7份，氧化铈：2-4份，稀土：1-2份，锆英石：1-2份，乙二醇：10-15份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.5-7.8%，钇：8.4-9.6%，钕：6.1-7.8%，镨：4.7-5.5%，钐： 8.2-10.5%，铽：12.2-15.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：25-30份，二氧化锰：15-22份，聚乙烯醇：5-7份，四盐基铬酸锌：2-7份，羧甲基纤维素：8-12份。
2.如权利要求1所述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其特征在于：其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:20份，硅灰石：18份，石英：2份，氧化钛：3份，碳化硅: 6份，氯化镁：9份，磷酸锆:3份，碳酸钙：2份，助剂：5份，氧化铈：2份，稀土：1份，锆英石：1份，乙二醇：10份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.5%，钇：8.4%，钕：6.1%，镨：4.7%，钐：8.2%，铽：12.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：25份，二氧化锰：15份，聚乙烯醇：5份，四盐基铬酸锌：2份，羧甲基纤维素：8份。
3.如权利要求1所述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其特征在于：其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石:22份，硅灰石：23份，石英：6份，氧化钛：4份，碳化硅:8份，氯化镁：11份，磷酸锆:4份，碳酸钙：3份，助剂：6份，氧化铈：3份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：13份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.6%，钇：8.9%，钕：6.8%，镨：5.2%，钐：9.5%，铽：13.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：28份，二氧化锰：19份，聚乙烯醇：6份，四盐基铬酸锌：5份，羧甲基纤维素：10份。
4.如权利要求1所述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层，其特征在于：其原料的组成按重量份包括：镁橄榄石: 24份，硅灰石：25份，石英：10份，氧化钛：5份，碳化硅: 10份，氯化镁：13份，磷酸锆:5份，碳酸钙：4份，助剂：7份，氧化铈：4份，稀土：2份，锆英石：2份，乙二醇：15份；
所述稀土的组分按质量百分比为：铈：7.8%，钇：9.6%，钕：7.8%，镨：5.5%，钐：10.5%，铽：15.2%，余量为镧和不可避免的杂质；
所述助剂的组分按重量份数计为：三氧化二铝：30份，二氧化锰：22份，聚乙烯醇：7份，四盐基铬酸锌：7份，羧甲基纤维素：12份。
5.一种用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤（1）：称取各原料，采用喷雾干燥法、烧结破碎法或机械球磨法的任意一种方法进行破碎，制成喷涂用陶瓷粉末；
步骤（2）：对待喷涂的金属基材进行表面净化，通过化学或物理的方法除去金属基材表面的油污和锈层；
步骤（3）：对待喷涂的金属基材进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥高压空气对喷砂后的基材表面进行吹扫洁净处理；
步骤（4）：将金属基材放入预热炉进行预热操作，预热温度为80-105℃，预热时间35-50min；在预热后的金属基材表面迅速喷涂一层厚度为0.08-0.35mm的粘结底层，使其形成与金属基材表面形成粗糙涂层；
步骤（5）：将步骤（1）得到的干燥陶瓷粉末送入热喷涂系统的送粉器内，其中送粉器送粉气体为氩气，气体流量为55-80L/min；
步骤（6）：设置等离子喷涂工艺参数，调节喷涂喷嘴的角度，使喷涂射流轴角度与基材表面的夹角保持60°-90°，然后设置机械手控制喷嘴与金属基材的喷涂距离为10-15cm，喷嘴的移动速度为 0.01-0.03m/s，启动热喷涂系统和机械手，在金属基材表面喷涂覆盖一次后得到陶瓷涂层；
步骤（7）：在陶瓷层表面填充封孔剂即可。
6.根据权利要求5所述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，其特征在于：步骤（5）中的所述等离子喷涂工艺参数为：氩气的气流量为100-150L/min，氮气的气流量为3-15L/min，工作电流为300-550A，工作电压为150-200V。
7.根据权利要求5所述的用于金属基热喷涂的耐高温陶瓷涂层的喷涂方法，其特征在于：所述粘结底层为Mo、NiAl、NiCr或者铝青铜其中的一种。
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