CN106319420A - 一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法 - Google Patents

一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法 Download PDF

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安宇龙
侯国梁
赵晓琴
周惠娣
陈建敏
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Abstract

本发明公开了一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法，具体步骤为：对7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干后，在220℃~260℃对7075铝合金进行恒温加热，然后采用大气等离子喷涂工艺在持续恒温加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层。本发明的特色之处在于省去了传统方法中在7075铝合金基材与陶瓷涂层之间制备金属涂层作为过渡涂层的步骤，因此工艺简单成本低，所制备的Al2O3涂层与7075铝合金基体的结合强度可达35MPa以上。

Description

一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法
技术领域
本发明涉及一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法，属于涂层表面改性技术领域。
背景技术
7075铝合金密度低，强度高，塑性好，而且还具有优良的导电、导热等特性，是现代工业中应用最广泛的有色金属结构材料之一，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。但7075铝合金材料本身的摩擦学性能较差，在一些特殊工况中的耐腐蚀性能不能满足应用要求，因此，在其表面进行涂层改性是提高该铝合金适用范围的有效手段之一。采用热喷涂技术在7075铝合金表面制备各类陶瓷涂层，即可赋予7075铝合金表面良好的耐磨耐蚀性能，但是由于喷涂陶瓷材料本身的物理特性，在7075铝合金表面制备的陶瓷涂层一般孔隙率较高，涂层与7075铝合金基材的结合强度较差，这就限制了在该铝合金表面热喷涂制备的陶瓷涂层材料的使役性能。因此，开发一种制备工艺简单，能显著提高陶瓷涂层与7075铝合金基体结合强度的喷涂制备技术具有非常重要的工程应用价值和创新意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法，其在7075铝合金基体表面制备的陶瓷涂层与金属基体的结合强度可大于35MPa。
一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法，其特征是具体步骤为：对7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干后，在220℃~260℃对7075铝合金进行恒温加热，然后采用大气等离子喷涂工艺在持续恒温加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层。
所述喷砂处理后的7075铝合金表面的粗糙度R a＞2.0μm。
所述大气等离子喷涂工艺的喷涂参数为：喷涂电压520~600V、喷涂电流58~70A、主气流量35~40 L/min、主气压力0.5Mpa、次气压力0.4Mpa、送粉气流量8 L/min、喷涂距离10cm、喷涂角度90°。
所述Al2O3涂层的厚度为0.15~0.25mm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在陶瓷涂层的喷涂过程中，对7075铝合金基体进行持续恒温加热，可使得经过等离子焰流的熔融粉末嵌入该铝合金基材表面，从而形成牢固的结合，同时可使得熔融的粉末粒子在沉积过程中的铺展性更好，从而提高了涂层的致密性；同时该制备工艺的最大特色是避免了传统工艺中首先需在7075铝合金基体表面制备金属过渡涂层的工序，这就使得在该铝合金表面制备陶瓷涂层的工艺获得了简化，节约了喷涂成本，而且获得的陶瓷涂层与7075铝合金的结合强度有了显著的改善，从而保证了采用本发明方法在7075铝合金基体表面制备的Al2O3陶瓷涂层在应用过程中性能的显著提升。
附图说明
图1为7075铝合金基体加温至220℃喷涂Al2O3粒子嵌入形貌图。
图2为7075铝合金基体加温至240℃喷涂Al2O3粒子嵌入形貌图。
图3为7075铝合金基体加温至260℃喷涂Al2O3粒子嵌入形貌图。
图4为7075铝合金基体加温至220℃喷涂Al2O3粒子铺展形貌图。
图5为7075铝合金基体加温至240℃喷涂Al2O3粒子铺展形貌图。
图6为7075铝合金基体加温至260℃喷涂Al2O3粒子铺展形貌图。
具体实施方式
实施例1
A：7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干。超声清洗后测得基体表面粗糙度Ra≈2.1μm。
B：将7075铝合金基体加热至220℃。
C：采用大气等离子喷涂设备，直接在已加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层，且喷涂过程中持续加热，最终喷涂后其涂层的厚度约为0.16mm。
D：在步骤C中，其采用的具体喷涂参数为：喷涂电压为600V，喷涂电流为70A，主气流量为40 L/min，主气压力为0.5MPa，次气压力为0.4MPa，送粉气流量为8 L/min，喷涂距离为10cm，喷涂角度90°。
用万能拉伸试验机，按照ASTM633-79标准，用粘结拉伸试验法测定涂层的结合强度，其实施例1制备Al2O3涂层与7075铝合金基体的结合强度值见表1。
实施例2
A：7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干。超声清洗后测得基体表面粗糙度R a ≈2.6μm。
B：将7075铝合金基体加热至240℃。
C：采用大气等离子喷涂设备，直接在已加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层，且喷涂过程中持续加热，最终喷涂后其涂层的厚度约为0.25mm。
D：在步骤C中，其采用的具体喷涂参数为：喷涂电压为520V，喷涂电流为58A，主气流量为40 L/min，主气压力为0.5MPa，次气压力为0.4MPa，送粉气流量为8 L/min，喷涂距离为10cm，喷涂角度90°。
用万能拉伸试验机，按照ASTM 633-79标准，用粘结拉伸试验法测定涂层的结合强度，其实施例2制备的Al2O3涂层与7075铝合金基体的结合强度值见表1。
实施例3
A：7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干。超声清洗后测得基体表面粗糙度R a ≈2.9μm。
B：将7075铝合金基体加热至260℃。
C：采用大气等离子喷涂设备，直接在已加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层，且喷涂过程中持续加热，最终喷涂后其涂层的厚度约为0.21mm。
D：在步骤C中，其采用的具体喷涂参数为：喷涂电压为580V，喷涂电流为65A，主气流量为35 L/min，主气压力为0.5MPa，次气压力为0.4MPa，送粉气流量为8 L/min，喷涂距离为10cm，喷涂角度90°。
用万能拉伸试验机，按照ASTM633-79标准，用粘结拉伸试验法测定涂层的结合强度，其实施例3制备Al2O3涂层与7075铝合金基体的结合强度值见表1。
比较例
A：7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干。超声清洗后测得基体表面粗糙度R a ≈2.3μm。
B：采用大气等离子喷涂设备，首先制备NiAl过渡涂层，采用的具体喷涂参数为：喷涂电压为550V，喷涂电流为60A，主气流量为35 L/min，主气压力为0.5MPa，次气压力为0.4MPa，送粉气流量为8 L/min，喷涂距离为10cm，喷涂角度90°。过渡涂层厚度约0.07mm。
C：采用大气等离子喷涂设备，再在NiAl过渡涂层上喷涂制备Al2O3涂层，最终喷涂后其涂层的厚度约为0.26mm。
D：在步骤C中，其采用的具体喷涂参数为：喷涂电压为600V，喷涂电流为68A，主气流量为35 L/min，主气压力为0.5MPa，次气压力为0.4MPa，送粉气流量为8 L/min，喷涂距离为10cm，喷涂角度90°。
用万能拉伸试验机，按照ASTM633-79标准，用粘结拉伸试验法测定涂层的结合强度，其比较例制备Al2O3涂层与7075铝合金基体的结合强度值见表1。
表1 . Al2O3陶瓷涂层和铝合金基体的结合强度值
。

Claims (4)

1.一种改善7075铝合金表面热喷涂陶瓷涂层结合强度的方法，其特征是具体步骤为：对7075铝合金基体表面进行喷砂粗化处理并超声清洗烘干后，在220℃~260℃对7075铝合金进行恒温加热，然后采用大气等离子喷涂工艺在持续恒温加热的7075铝合金表面喷涂制备Al2O3涂层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述喷砂处理后的7075铝合金表面的粗糙度R a＞2.0μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述大气等离子喷涂工艺的喷涂参数为：喷涂电压520~600V、喷涂电流58~70A、主气流量35~40 L/min、主气压力0.5Mpa、次气压力0.4Mpa、送粉气流量8 L/min、喷涂距离10cm、喷涂角度90°。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述Al2O3涂层的厚度为0.15~0.25mm。
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