CN105200364A - 一种生成陶瓷涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生成陶瓷涂层的方法，在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，包括：喷涂前工件的预处理—采用等离子喷涂制备陶瓷涂层—将纳米材料Al₂O₃涂覆在表层—激光熔覆—检验。金属工件采用45#钢或镁合金，表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。等离子喷涂制备NiCrAl和Al₂O₃+TiO₂涂层，NiCrAl的涂层厚度50—80μm，Al₂O₃+TiO₂的涂层厚度为70—150μm。激光熔覆的激光器能量为1KW—3KW,光斑直径为2mm—7mm，激光扫描速度为5mm/s—30mm/s。该发明将等离子喷涂技术和纳米技激光熔覆技术结合，提高了涂层材料的致密性和均匀性，材料的硬度和耐磨性得到大幅度提高，具有很好的应用前景。

Description

一种生成陶瓷涂层的方法

技术领域

本发明涉及一种生成陶瓷涂层的方法。

背景技术

过去在生产中常常选用一些高合金。并采用整体热处理的方法使零件的性能达到使用要求。但是高性能材料往往成本很高，实际应用中大部分零部件仅要求表面很薄一层有高的硬度、好的耐蚀和耐磨性，芯部则要求有较好的韧性。因而，利用表面工程技术，在会属材料表面生成一层性能优异并与基体材料结合牢固的涂层，通常就能满足使用要求。

陶瓷涂层具有极高的耐高温、耐氧化和耐磨蚀等性能，作为表面防护材料被广泛应用。WC是水力机械上常用的余属陶瓷喷涂粉末。WC是一种高硬度相，Ni是会属粘结剂，把WC颗粒粘结在一起。在WC基合会中，随着WC含量的增加。合会的耐磨性增加。热喷涂WC涂层具有较高的硬度和耐磨性，广泛地应用于如水轮机、水泵等水力机械上的过流部件以及飞机的发动机、轴、齿轮等耐磨部件。WC涂层具有特殊的耐腐蚀性、高硬度和抗压强度，在现代工业中得到广泛应用，而Ni相作为粘结相，使涂层具有一定的强度和韧性f4’51。WC涂层以其良好的抗滑动磨损、磨料磨损、微动磨损和冲蚀磨损等性能，己被广泛用作各行业耐磨零件的保护层。

对材料表面的损害不仅危害零部件工作，而且容易造成事故，导致资源与能源的浪费，带来巨大的经济损失，甚至危及人民生命安全。由于腐蚀而报废的会属设备和材料数量也十分巨大，给国民经济带来的损失非常惊人。掘估计，世界钢产量的大约25％消耗于腐蚀，单是荚国每年损失于腐蚀的钢就达三千多吨，价值约150亿美元；英国每年的钢材腐蚀损失办高达13.65亿英镑，相当于英国吲民生产总值的3.5％。因此，我们应该对会属的腐蚀问题给予足够的重视。

因此，研究和发展机械产品的表面保护和表面强化技术，对于提高零件的使用寿命和可靠性、改善机械设备的性能和质量，增强产品竞争能力，推动高技术和新技术发展，以及节约材料和能源等都具有重要意义。

表面工程形成独立的学科虽然只是近20年的事，但其发展之快、涉及范围之广、对人们生产生活影响之大是当初大多数人所始料未及的。表面工程的概念最早由英国伯明翰大学TomBell教授于1983年提出，1985年了第一届表面工程国际会议，1986年10月在布达佩斯召不的国际热处理联合会决定接受表面工程学科并改名为国际热处理与表面工程联合会。如今，表面工程已经发展成为跨学科的边缘性、综合性的复合型学科。

表面工程可分为表面改性技术和表面涂层技术。表面改性主要通过改变表层材料的成分或组织中的某一方面实现。而表面涂层技术则主要通过涂敷优于基体材料的涂层实现，故表层材料的成分和组织都改变。

在中国，对热处理和表面工程有非常大的需求。目前，己有各种加热设备约20万标准台(75kW为一标准台)，装机容量18×109W，最近的20年，中国从世界各地进口了大约10亿美元的先进热处理和表面：[程殴备。中国也非常重视先进热处理和表面工程技术的自主创新，在诸如热处理的计算机模拟和应用、离子化学热处理和表面改性、超卢喷丸纳米化渗氮和多种先进的渗氮技术、绿色再制造技术、微弧氧化技术、稀土化学热处理和绿色热处理技术等方而取得了重大成就。

表面工程技术是表面处理、表面涂(镀)层及表面改性的总称，是20世纪80年代世界十项关键技术之一，也是2l世纪主导技术之一表面工程技术是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程来改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊覆层，使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特定的使用要求。该技术不仅可以用于维修业，还用于制造业，是先进制造技术的重要组成部分，表面工程技术同益受到世界各国的重视，发展了各种用于表面工程的新型工艺技术，包括表面改性技术、表面薄膜制备技术和表面涂层技术。

材料表面工程技术主要的特点如下：

(1)只需改善材料表面而不是整体材料即i可获得某种理想的功能(如防腐、耐磨、时高温、抗氧化等)，甚至还町以获得整体材料不能或很难得到的件能，如微晶、非品等；

(2)表面成膜、表面合金化及其他表面改质法用材很少，因而可以采用较贵重稀缺的元素或化合物，在不显著增加成本的前提下使工件质溅成倍地提高：

(3)既可以用束对材料避行保护，又可用爿乏提高机件质量，还可以成功地对税锌遴行修复。

等离予喷涂技术是使材料表面获得各种功熊涂层的有效芋段，目盼，正在应用的等离子喷涂有大气答谢予喷涂、可控气氛释离子喷涂、低压等离予喷涂和液体稳定等离子喷涂方法。

与其他热喷涂方法相比，等离子喷涂具有以下特点：

第一，可喷涂的材料极为广泛。由于等离子喷涂时的焰流温度很高，其中心温度可高达15000K以上，理论上这样的高温几乎能熔化所有的熔点和高硬度的材料，很适合陶瓷和高熔点物质的喷涂，从而“，喷涂更多种的材料，这是其他热喷涂技术难以实现的：

第二，喷涂效率高。采用高能等离子喷涂设备，粉末沉积效率可达8kg/h；

第三，对工件的热影响小。等离子喷涂几乎不会引起被喷材质的组织变化，基体部分不变形；喷涂过程不会引起基体氧化，不影响基体原来的力学性能，可对精密工件进行喷涂；

第四，喷涂材料和被喷基体可以自由选择和组合；

第五，涂层厚度可以控制，误差可以在0.025mm范围内。但等离子涂层中不可避免出现的气孔、裂纹以及分层等缺陷会给涂层性能带来很多不利的影响。总结国内外对等离子喷涂的研究现状，目前主要存在以下两点不足：

第一，在等离子喷涂过程中，等离予体的温度很高。喷涂颗粒在高温和冲击作用下在金属表面形成一层疏松结合的涂层。会属基体温度通常不超过150℃，因而其结构和性质均可维持不变。但对喷涂颗粒来说，由于承受高温过程和快速冷却，在喷涂材料内部将导致组成、结构、多晶聚集念、相变、孔隙大小与分行等各方面变化。

第二，等离子喷涂涂层具有热喷涂的一些典型缺陷，如：喷涂材料在化学成分和晶体结构上常处于非平衡状念，涂层具有典型的层状结构，即不均匀性。这是由于等离子喷涂涂层的形成过程决定了它的结构，一般是由微小颗粒相互交错堆叠而成的层状组织结构。等离予喷涂涂层另一个突出的缺点是涂层多孔性，有些孔隙甚至从涂层表面一直延续到彼保护基体的表面。这些礼隙的存在，对防腐蚀是有害的。腐蚀介质穿透气孔到达被保护基体的表面，腐蚀产物在界面积累，会使热喷涂涂层龟裂、脱落。此外，在变形粒子一次堆积形成涂层的过程中，不可避免地会在陶瓷涂层巾产生裂纹等缺陷，而且等离子喷涂陶瓷涂层的孔隙度较高，层状结构l、HJ经常被氧化物类物质隔不，界面结合的主要形式是机械结合，难以适应较恶劣的环境，因而限制了它的应用范围及使用寿命。因此，改变涂朦的组织结构、降低涂层的孔隙率是非常必要的，也是提商涂层耐蚀性能的主要方法_。

发明内容

本发明的目的在于提出一种生成陶瓷涂层的方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种生成陶瓷涂层的方法，在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，包括：喷涂前工件的预处理——采用等离子喷涂制备陶瓷涂层——将纳米材料Al₂O₃涂覆在表层——激光熔覆——检验。金属工件采用45#钢或镁合金，表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。等离子喷涂制备NiCrAl和Al₂O₃+TiO₂涂层，NiCrAl的涂层厚度50——80μm，Al₂O₃+TiO₂的涂层厚度为70——150μm。激光熔覆的激光器能量为1KW——3KW,光斑直径为2mm——7mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s。

具体实施方式

实施例1

一种生成陶瓷涂层的方法，在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，包括：喷涂前工件的预处理——采用等离子喷涂制备陶瓷涂层——将纳米材料Al₂O₃涂覆在表层——激光熔覆——检验。金属工件采用45#钢，表面预处理包括除油处理和喷砂处理。等离子喷涂制备NiCrAl和Al₂O₃+TiO₂涂层，NiCrAl的涂层厚度50——80μm，Al₂O₃+TiO₂的涂层厚度为70——150μm。激光熔覆的激光器能量为1KW——3KW,光斑直径为2mm——7mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s，材料的表面硬度达到HV1300，涂层厚度1.5mm，并且耐磨性明显提高。

实施例2

一种生成陶瓷涂层的方法，在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，包括：喷涂前工件的预处理——采用等离子喷涂制备陶瓷涂层——将纳米材料Al₂O₃涂覆在表层——激光熔覆——检验。金属工件采用镁合金，表面预处理包括净化处理、喷砂处理预热处理。等离子喷涂制备复合涂层，表层为Al₂O₃+TiO₂，中间层为Ni+Al₂O₃，底层为Ni+Al，表层厚度40——70μm，中间层厚度为80——100μm，底层厚度为30——70μm。激光熔覆的激光器能量为2KW,光斑直径为4mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s，材料的表面硬度达到HV600，涂层厚度1.7mm，并且耐磨性明显提高。

Claims (4)

1.一种生成陶瓷涂层的方法，其特征在于在金属表面采用等离子喷涂后，采用纳米材料技术和激光熔覆技术，使陶瓷涂层的性能得到充分发挥，包括：喷涂前工件的预处理——采用等离子喷涂制备陶瓷涂层——将纳米材料Al₂O₃涂覆在表层——激光熔覆——检验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属工件采用45#钢或镁合金，表面预处理包括表面净化处理和喷砂处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的等离子喷涂制备NiCrAl和Al₂O₃+TiO₂涂层，NiCrAl的涂层厚度50——80μm，Al₂O₃+TiO₂的涂层厚度为70——150μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的激光熔覆的激光器能量为1KW——3KW,光斑直径为2mm——7mm，激光扫描速度为5mm/s——30mm/s。