CN106947934A - 一种等离子喷涂制备α‑Al2O3涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子喷涂制备α‑Al2O3涂层的方法。本发明通过等离子喷涂技术，首先将γ‑Al2O3通过筛子筛选出不同粒度分布的粉料，用干燥炉进行干燥，对需要进行喷涂的工件除油污并且表面进行喷砂处理，然后用等离子喷涂设备，在氩气和氢气的保护作用下，进行喷涂，制备出性能优异的氧化铝涂层。本发明所制备的涂层具有更好的耐磨性、耐蚀性等优异的性能，可以大幅度提高涂层在高温环境中的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子喷涂制备α-Al2O3涂层的方法，属于热喷涂技术、表面技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，航空航天、工程机械设备及其构件工作条件日益苛刻， 要求材料必须具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳及耐冲蚀等特性。而单纯的金属材料已不能满足要求。陶瓷材料的耐高温、耐磨损特性可以满足上述工作环境，但其耐疲劳性差、脆性大不易加工，使其应用受到了限制。金属表面陶瓷涂层技术能有机地将基体金属和表面陶瓷涂层的特点结合起来，发挥两类材料的综合优势，已经成为现今材料改性的主要手段。
等离子喷涂作为成熟且应用广泛的喷涂技术有着极佳的潜力及市场，其高速的离子流以及保护气的作用下，可以使涂层具有较好的组织和性能。
Al2O3陶瓷材料具有高的强度和硬度,良好的耐高温、抗腐蚀、耐磨损性能和较低的摩擦系数。利用等离子喷涂氧化铝制备涂层，是国内外研究陶瓷涂层微观组织、耐磨损、耐腐蚀和耐高温氧化等性能的热点方向之一。
氧化铝的典型晶体结构为稳定相α-Al2O3，等离子喷涂后涂层中α-Al2O3均减少，主要以亚稳定相γ-Al2O3存在。相对于α-Al2O3，γ-Al2O3存在耐磨损性能差，在高温环境中不稳定等不足。
综上所述，由于等离子喷涂后涂层中稳定相α-Al2O3减少，主要以亚稳定相γ-Al2O3问题的存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子喷涂制备α-Al2O3涂层的方法，从而解决喷涂后α-Al2O3减少的问题。
本发明所述的涂层可用于金属表面的耐磨损、耐高温。
一种等离子喷涂制备α-Al2O3涂层的方法，其特征在于具体步骤为：
1）将粒度为52-72μm或22-52μm的γ-Al2O3在400-600℃干燥100-120min，然后密封储存；
2）将待喷涂的基材进行表面除锈，然后浸入丙酮进行超声波处理10-20min去除油污，之后对待喷涂的基材表面进行喷砂处理至喷涂部位全部粗糙且均匀无反光；
3）采用等离子喷涂设备进行喷涂，将待喷涂的基材固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行清理，然后通入氢气，首先喷涂Ni-Al粘结层，接着喷涂Al2O3涂层，喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；喷涂的工艺参数为：喷涂距离80-130mm，喷涂电流420-470A，喷涂电压145-175V，Ar气速度100-150PSI，氢气速度10-20PSI，送粉量25-35g/min，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度20-80mm/s；
4）在15-25℃冷却。
所述喷砂选用棕刚玉，喷砂压力为0.2-0.4Mpa。
所述待喷涂的基材为45#钢、316L不锈钢或镍基合金。
所述Ni-Al粘结层的厚度为40-80μm，Al2O3涂层的厚度为100-150μm，涂层的总厚度为140-230μm。
与γ-Al2O3涂层相比，本发明所获得的α-Al2O3涂层磨损率降低40%，在高温环境中的使用寿命提高2-3倍。
具体实施方式
实施例1
将γ-Al2O3粉末用筛子筛选出粒度为52-82μm分布的粉料，筛选出后在干燥炉内600℃干燥120min，完成后及时密封储存。
取一块直径24mm，高8mm的圆柱体45#钢，对需要喷涂的工件表面除锈至表面光洁，之后浸入丙酮进行超声波处理30min进行去油污，然后取出用密封袋密封，防止污染；
对需要喷涂的45号钢表面进行喷砂处理，喷砂选用棕刚玉，喷砂压力为0.25MPa，喷砂至喷涂部位全部均匀无反光；
采用上海大豪瑞法喷涂机械有限公司生产的DH-2080等离子喷涂设备；具体喷涂参数如下：喷涂距离100mm，电流450A，电压165V，氩气速度110PSI，氢气速度15PSI，送粉量30g/min。
设置好喷涂参数，首先喷涂粘结层，喷涂厚度为80μm，喷完粘结层，接着喷涂Al2O3涂层，厚度为100μm。
所述方法制备的陶瓷涂层在常温下，载荷20N，频率为25Hz的微动摩擦试验中，时间30min，与常温下γ-Al2O3涂层相比，测出磨损率降低40%；在600℃的高温环境中，涂层寿命提高了2倍。
实施例2
将γ-Al2O3粉末用筛子筛选出粒度为22-52μm分布的粉料，筛选出后在干燥炉内600℃干燥120min，完成后及时密封储存。
取一块直径24mm，高8mm的圆柱体45#钢，对需要喷涂的工件表面除锈至表面光洁，之后浸入丙酮进行超声波处理30min进行去油污，然后取出用密封袋密封，防止污染；
对需要喷涂的45号钢表面进行喷砂处理，喷砂选用棕刚玉，喷砂压力为0.25MPa，喷砂至喷涂部位全部均匀无反光；
采用上海大豪瑞法喷涂机械有限公司生产的DH-2080等离子喷涂设备；具体喷涂参数如下：喷涂距离100mm，电流450A，电压165V，氩气速度110PSI，氢气速度15PSI，送粉量30g/min。
设置好喷涂参数，首先喷涂粘结层，喷涂厚度为80μm，喷完粘结层，接着喷涂Al2O3涂层，厚度为100μm。
所述方法制备的陶瓷涂层在常温下，载荷20N，频率为25Hz的微动摩擦试验中，时间30min，与常温下γ-Al2O3涂层相比，测出磨损率降低50%；在600℃的高温环境中，涂层寿命提高了3倍。
Claims (4)
1.一种等离子喷涂制备α-Al2O3涂层的方法，其特征在于具体步骤为：
1）将粒度为52-72μm或22-52μm的γ-Al2O3在400-600℃干燥100-120min，然后密封储存；
2）将待喷涂的基材进行表面除锈，然后浸入丙酮进行超声波处理10-20min去除油污，之后对待喷涂的基材表面进行喷砂处理至喷涂部位全部粗糙且均匀无反光；
3）采用等离子喷涂设备进行喷涂，将待喷涂的基材固定好后，先送氩气，对喷枪内杂质进行清理，然后通入氢气，首先喷涂Ni-Al粘结层，接着喷涂Al2O3涂层，喷涂过程中氩气为主要保护气，氢气作为防氧化气；喷涂的工艺参数为：喷涂距离80-130mm，喷涂电流420-470A，喷涂电压145-175V，Ar气速度100-150PSI，氢气速度10-20PSI，送粉量25-35g/min，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度20-80mm/s；
4）在15-25℃冷却。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述喷砂选用棕刚玉，喷砂压力为0.2-0.4Mpa。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述待喷涂的基材为45#钢、316L不锈钢或镍基合金。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述Ni-Al粘结层的厚度为40-80μm，Al2O3涂层的厚度为100-150μm，涂层的总厚度为140-230μm。
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