CN107447179A - 一种复合热喷涂方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，在喷枪上新增有送粉口，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面。与现有技术相比，本发明可以用来喷涂易氧化材料，并且还能够保留原始粉末形貌。

Description

一种复合热喷涂方法
技术领域
本发明涉及热喷涂涂层领域，尤其是涉及一种复合热喷涂方法。
背景技术
热喷涂技术是一种通过火焰、电弧或等离子体等热源，将某种粉末状或线状的材料加热至熔化状态，并加速形成高速熔滴，喷向基体形成涂层的技术。该技术不仅可以用来强化材料的性能(如耐磨性、耐蚀性、耐热性等)，起到保护基体的作用，也可以对因磨损、腐蚀或加工误差引起的零件尺寸减小进行修复。同时还可以赋予材料表面特殊性能(如光学、电学等性能)。
热喷涂技术已有八十多年的历史。目前广泛用于如航天航空、石油化工、冶金、机械等几乎所有工业及日用品(如不粘锅)领域。热喷涂技术的发展依赖于热喷涂方法的不断完善，现在实际生产中应用比较广泛的方法主要有火焰喷涂法，等离子喷涂和电弧喷涂。在六十年代，火焰粉末和火焰线材喷涂占比达到约70％。随着航天航空领域对涂层的需求及等离子喷涂技术的发展，在八十年代等离子喷涂技术占据了主导地位，直到本世纪末，该技术仍然居主导地位。由于高速火焰喷涂的发展，使得其市场份额达达到25％，居第二位。电弧喷涂技术在七十至八十年代由于电弧的不稳定性而降至6％；但随着不断完善的技术，涂层性能比火焰喷涂层优越，上升至第三位。由于热喷涂技术的巨大潜力及其经济效益，在世界范围内，热喷涂技术受到极大的关注。
对于粉末喷涂材料来说，由于热喷涂技术需要通过热源将其加热至熔化或半熔化状态，这种通过高温对粉末进行熔化给该技术带来有两项缺陷：一是难以喷涂易氧化的材料，比如金刚石；二是无法保留原始粉末形貌，比如难以将纤维或晶须等通过热喷涂的方式添加到涂层中。而可以克服以上两项缺陷的热喷涂技术并未见报道。
中国专利CN104046979B公开了一种抗结瘤复合涂层的喷涂方法，包括以下步骤：a、采用喷涂设备，将合金粉末喷涂至基体表面，形成合金层；b、采用喷涂设备，将第一金属陶瓷粉末喷涂至合金层表面，形成第一金属陶瓷层；c、采用喷涂设备，将第二金属陶瓷粉末喷涂至第一金属陶瓷层表面，形成第二金属陶瓷层。该专利申请难以喷涂易氧化的材料，比如金刚石。虽然通过调节喷涂温度，可以达到熔化低熔点的金属粉末而保持高熔点的陶瓷粉末不融化，进而在涂层中保留陶瓷粉末的原始结构，但这种方法只能保留熔点高的粉末的结构，不能保留熔点低的粉末的结构。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以喷涂易氧化材料并保留原始粉末形貌的复合热喷涂方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，在喷枪上还新增有送粉口，可以随喷枪移动，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面。
喷枪原始送粉口喷涂的粉末与新增送粉口喷涂的粉末可以相同，也可以不同。
作为优选的实施方式，喷枪原始送粉口喷涂的粉末为陶瓷粉末或金属粉末。
作为优选的实施方式，新增送粉口喷涂的粉末为金刚石粉、石墨粉、陶瓷晶须、带有特殊结构的陶瓷粉或普通陶瓷粉、金属粉、高分子粉末。
作为优选的实施方式，喷枪原始送粉口与新增送粉口与基板之间的距离比为1:1到100:1之间。
作为优选的实施方式，喷枪原始送粉口喷涂粉末送粉速度为1～100g/min，气体流量为1～100L/min。
作为优选的实施方式，新增送粉口喷涂粉末送粉速度为1～100g/min，气体流量为1～100L/min。
作为优选的实施方式，新增送粉口与喷枪原始送粉口喷涂火焰之间的夹角为30-90°。
作为优选的实施方式，喷枪原始送粉口与新增送粉口喷涂粉末的重量比为1:10到500:1之间。
该技术至少可以在以下方面进行应用：
(1)喷涂金刚石等抗氧化性差的高硬度粉末，用来制作耐磨涂层；
(2)喷涂纤维或晶须等材料，可以用来增韧涂层；
(3)喷涂石墨或高分子等造孔剂粉末，用来控制基体的孔隙率；
(4)喷涂具有特殊结构的粉末(比如中间空心的粉末、带有海绵状孔或指状孔的粉末等等)到基体上而不破坏该粉末的原始结构，可以在涂层中增加孔洞或得到具有特殊性能的涂层。
与现有技术相比，本发明在靠近基体位置增加了一个送粉口，由于该送粉口远离喷枪，所以喷出来的粉末受热温度低，可以防止粉末熔化或降低氧化程度；同时由于这个送粉口靠近基体，所以缩短了粉末的受热或氧化的时间。新增送粉口喷出来的粉末之所以可以沉积到基体上并不是常规意义上的热喷涂，而是被来自于原始送粉口的熔融的粉末撞击到基体上，这个过程类似于电镀或化学镀技术中的复合镀，所以可以称作为复合热喷涂技术。由于从新增送粉口出来的粉末受热温度低且时间短，所以可以保留原始状态。
附图说明
图1为本发明实施的示意图。
图中，1为喷枪、2为火焰、3为基体、4为原始送粉口、5为一号粉末、6为新增送粉口、7为二号粉末。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
采用基于大气等离子喷涂的复合热喷涂技术喷涂金刚石粉来制备耐磨涂层。
首先，在喷枪上增加送粉管，如图1所示，送粉管采用内径为2.5mm的氧化铝陶瓷管，长度约为15cm，送粉口在火焰上方约2cm，与火焰夹角约为70°。该送粉口连接到金刚石送粉器上面。
其次，将不锈钢基板进行清洗、喷砂处理。然后进行大气等离子喷涂。喷涂电流为380A，电压为150V，主气氩气流量为90L/min，氢气流量为15L/min，喷枪与基板距离为100mm。原始送粉口送入金属粉；新增送粉口送入金刚石粉。金属粉送粉量为20g/min，送粉器流量为5L/min；金刚石送粉量为15g/min，送粉器流量为8L/min。喷涂前对基体预热1次，喷涂10次，即可得到200μm厚的耐磨涂层。
实施例2
采用基于大气等离子喷涂的复合热喷涂技术喷涂氧化锆晶须增韧热障涂层。
首先，在喷枪上增加送粉管，如图1所示，送粉管采用内径为2.5mm的氧化铝陶瓷管，长度约为15cm，送粉口在火焰上方约2cm，与火焰夹角约为70°。该送粉口连接到氧化锆晶须送粉器上面。
其次，将高温合金基板进行清洗、喷砂处理。然后使用大气等离子喷涂制备金属粘结层。喷涂电流为380A，电压为150V，主气氩气流量为90L/min，氢气流量为15L/min，喷枪与基板距离为100mm。金属粉NiCoCrAlY的送粉量为20g/min，送粉器流量为5L/min。喷涂前对基体预热1次，喷涂10次，即可得到200μm厚的金属粘结层。
最后使用基于大气等离子喷涂的复合热喷涂技术制备氧化锆晶须增韧的陶瓷层。喷涂电流为420A，电压为150V，主气氩气流量为110L/min，氢气流量为17L/min，喷枪与基板距离为900mm。原始送粉口送入YSZ陶瓷粉；新增送粉口送入氧化锆晶须。陶瓷粉YSZ的送粉量为10g/min，送粉器流量为6.7L/min；氧化锆晶须的送粉量为10g/min，送粉器流量为6.7L/min。喷涂前预热一次，喷涂20次，得到大约为200μm厚的氧化锆晶须增韧涂层。
实施例3
采用基于大气等离子喷涂的复合热喷涂技术喷涂石墨粉调节热障涂层孔隙率。
首先，在喷枪上增加送粉管，如图1所示，送粉管采用内径为2.5mm的氧化铝陶瓷管，长度约为15cm，送粉口在火焰上方约2cm，与火焰夹角约为70°。该送粉口连接到石墨粉送粉器上面。
其次，将高温合金基板进行清洗、喷砂处理。然后使用大气等离子喷涂制备金属粘结层。喷涂电流为380A，电压为150V，主气氩气流量为90L/min，氢气流量为15L/min，喷枪与基板距离为100mm。金属粉NiCoCrAlY的送粉量为20g/min，送粉器流量为5L/min。喷涂前对基体预热1次，喷涂10次，即可得到200μm厚的金属粘结层。
使用大气等离子喷涂制备大孔隙率的热障涂层。喷涂电流为420A，电压为150V，主气氩气流量为110L/min，氢气流量为17L/min，喷枪与基板距离为900mm。原始送粉口送入YSZ陶瓷粉；新增送粉口送入石墨粉。陶瓷粉YSZ的送粉量为10g/min，送粉器流量为6.7L/min；石墨粉的送粉量为20g/min，送粉器流量为6.7L/min。喷涂前预热一次，喷涂20次，得到大约为200μm厚热障涂层。
最后，对该热障涂层进行热处理，去除涂层中石墨，即可在相应位置得到孔洞。热处理升温速度为0.5℃/min，保温温度为700℃，保温时间为12h，降温速度为5℃/min。
实施例4
采用基于大气等离子喷涂的复合热喷涂技术制备带有海绵孔结构的热障涂层。
首先，在喷枪上增加送粉管，如图1所示，送粉管采用内径为2.5mm的氧化铝陶瓷管，长度约为15cm，送粉口在火焰上方约2cm，与火焰夹角约为70°。该送粉口连接到带有海绵孔结构的YSZ喷涂粉送粉器上面。
其次，将高温合金基板进行清洗、喷砂处理。然后使用大气等离子喷涂制备金属粘结层。喷涂电流为380A，电压为150V，主气氩气流量为90L/min，氢气流量为15L/min，喷枪与基板距离为100mm。金属粉NiCoCrAlY的送粉量为20g/min，送粉器流量为5L/min。喷涂前对基体预热1次，喷涂10次，即可得到200μm厚的金属粘结层。
使用大气等离子喷涂制备陶瓷层。喷涂电流为420A，电压为150V，主气氩气流量为110L/min，氢气流量为17L/min，喷枪与基板距离为900mm。原始送粉口送入陶瓷粉YSZ；新增送粉口送入带有海绵孔结构的YSZ喷涂粉。陶瓷粉YSZ的送粉量为10g/min，送粉器流量为6.7L/min；海绵孔结构YSZ的送粉量为15g/min，送粉器流量为6.7L/min。喷涂前预热一次，喷涂20次，得到大约为200μm厚、带有海绵孔结构的热障涂层。
实施例5
一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，本实施例喷涂的粉末为陶瓷粉末，控制送粉速度为1g/min，气体流量为1L/min。除此之外，在喷枪上还新增有送粉口，可以随喷枪移动，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面，本实施例中喷涂的粉末为普通陶瓷粉，控制送粉速度为10g/min，气体流量为1L/min。喷枪原始送粉口与新增送粉口喷涂粉末的重量比为1:10，喷枪原始送粉口与新增送粉口与基板之间的距离比为1:1，新增送粉口与喷枪原始送粉口喷涂火焰之间的夹角为30°。
实施例6
一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，本实施例喷涂的粉末为金属粉末，控制送粉速度为20g/min，气体流量为15L/min。除此之外，在喷枪上还新增有送粉口，可以随喷枪移动，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面，本实施例中喷涂的粉末为石墨粉，控制送粉速度为1g/min，气体流量为30L/min。喷枪原始送粉口与新增送粉口喷涂粉末的重量比为20:1，喷枪原始送粉口与新增送粉口与基板之间的距离比为20:1，新增送粉口与喷枪原始送粉口喷涂火焰之间的夹角为45°。
实施例7
一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，本实施例喷涂的粉末为金属粉末，控制送粉速度为100g/min，气体流量为100L/min。除此之外，在喷枪上还新增有送粉口，可以随喷枪移动，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面，本实施例中喷涂的粉末为陶瓷晶须，控制送粉速度为0.2g/min，气体流量为100L/min。喷枪原始送粉口与新增送粉口喷涂粉末的重量比为500:1，喷枪原始送粉口与新增送粉口与基板之间的距离比为100:1，新增送粉口与喷枪原始送粉口喷涂火焰之间的夹角为90°。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种复合热喷涂方法，对待进行热喷涂处理的基板进行清洗、喷砂处理，然后利用喷枪的原始送粉口对基板进行热喷涂处理，其特征在于，所述的喷枪上新增有送粉口，利用该送粉口将粉末自基板附近喷涂到基板表面。
2.根据权利要求1所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口喷涂的粉末与新增送粉口喷涂的粉末相同。
3.根据权利要求1所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口喷涂的粉末与新增送粉口喷涂的粉末不同。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口喷涂的粉末为陶瓷粉末或金属粉末。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，新增送粉口喷涂的粉末为金刚石粉、石墨粉、陶瓷晶须、带有特殊结构的陶瓷粉、普通陶瓷粉、金属粉末或高分子粉末。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口与新增送粉口与基板之间的距离比为1:1到100:1之间。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口喷涂粉末送粉速度为1～100g/min，气体流量为1～100L/min。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，新增送粉口喷涂粉末送粉速度为1～100g/min，气体流量为1～100L/min。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，新增送粉口与喷枪原始送粉口喷涂火焰之间的夹角为30-90°。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的一种复合热喷涂方法，其特征在于，喷枪原始送粉口与新增送粉口喷涂粉末的重量比为1:10到500:1之间。
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