CN108385053A - 一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法 - Google Patents

一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法 Download PDF

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王超
江骏东
李良锋
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明公开了一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，属于涂层制备技术领域，其步骤包括：（1）制备粉末；（2）对步骤（1）所得的粉末进行干燥处理；（3）将基体材料依次进行去油、喷砂、清洗及干燥处理；（4）制备涂层，采用等离子喷涂设备将经过步骤（2）干燥处理的粉末沉积在经步骤（3）处理的并加载有一定频率振动的基体上，即得涂层；本发明的方法制备涂层的孔隙率较制备过程中未加载振动的涂层降低30%以上，涂层的性能也得到了较大程度的提高。

Description

一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法。
背景技术
涂层材料能够实现基体的表面强化或改性，使基体具有更好的耐磨性、耐蚀性、耐高温性能或是具有绝缘性、导电性、磁性、光学、生物性能等基体本来不具备的特殊性能，涂层沉积技术也因此受到各行各业的广泛关注。作为重要的涂层沉积技术之一，等离子喷涂技术凭借其可喷涂材料范围广、对工件热影响小、沉积效率高、成分和厚度精确可控、不受基体面积和形状因素影响等特点被广泛应用于能源、冶金、石油化工、海洋、水利工程、建筑、机械、航空航天、军事等领域，与国家经济建设、国防及人们的日常生活密切相关。
等离子喷涂是热喷涂的一种，其涂层沉积过程为：金属（或非金属）粉末在高温高速的等离子束流（最高加热温度可达10000K以上）下加热至熔化（或半熔化）状态，之后以一定的速度撞击基体，在基体表面铺展并凝固后形成涂层。涂层的性能除了与其成分有关以外，还与其沉积过程中所形成的如孔隙等的内部缺陷的含量有关。利用等离子喷涂技术制备涂层，所得涂层的孔隙率通常不低于5%，这也对对涂层的性能及服役寿命均造成了不利影响。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，以解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，包括以下步骤：
（1）制备粉末；
（2）对步骤（1）所得的粉末进行干燥处理；
（3）将基体依次进行去油、喷砂、清洗及干燥处理；
（4）制备涂层，采用等离子喷涂设备将经过步骤（2）干燥处理的粉末沉积在经步骤（3）处理的并加载有低频振动的基体材料上，即得涂层。
本发明通过在等离子喷涂过程中对基体加载一定频率范围的低频振动，降低了熔化（或半熔化）态粉末熔滴与基体间的界面张力，促进熔滴在基体和已形成涂层表面的润湿进而提高涂层的致密度，获得涂层的性能也得到了较大程度的提高。
本发明步骤（1）所述的粉末，包含绝大多数的粉末材料，具体而言，包括但不局限于NiAl，NiCrAlY，WC，FeCrBSi，La10Si6O27。
作为优选的技术方案：步骤（1）所述的含粉末粒径范围为5μm～200μm。
作为优选的技术方案：步骤（1）所述的粉末的制备方法包括雾化法或球磨法。
作为优选的技术方案：步骤（2）所述干燥方法为在100℃以下的真空或惰性气氛环境下对其进行干燥处理；所述的惰性气体进一步优选为氮气或氩气。
作为优选的技术方案：步骤（3）中所述的基体选自镍基高温合金、不锈钢、铝合金中的一种。
作为优选的技术方案：步骤（3）中所述喷砂处理时，喷砂颗粒成分主要是刚玉砂或石英砂，颗粒粒径为60～200目，喷砂压力为0.1MPa～0.8MPa。
作为优选的技术方案：步骤（3）中所述干燥方法为在100℃以下的真空或惰性气氛环境下对其进行干燥处理；所述的惰性气体进一步优选为氮气或氩气。
作为优选的技术方案：步骤（4）中，所述等离子喷涂法的技术参数为：喷枪与基体的距离为80～250mm；喷枪的移动速度为50～600mm/min；送粉速率为8～250g/min；送粉气流为3～15L/min；电流范围为300～800A；主气成分为氩气或氮气，流量范围为20～100L/min；次气成分为氢气，流量范围为0.5～20L/min。
作为优选的技术方案：步骤（4）中，所述基体加载的振动频率范围为50～2000Hzmm，振幅范围为0.05～1mm。
作为优选的技术方案：所述镍基高温合金基体温度为室温，所得涂层的厚度范围为50～250μm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的方法制备的涂层的孔隙率较制备过程中未加载振动的涂层降低30%以上，涂层的性能也得到了较大程度的提高。
附图说明
图1为发明实施例1的涂层与未加载振动时沉积Ni-10wt.%Al合金涂层表面形貌的对比扫描电镜照片，a为加载振动沉积的涂层，b为未加载振动沉积的涂层；
图2为发明实施例1的涂层与未加载振动时沉积Ni-10wt.%Al合金涂层截面形貌的对比扫描电镜照片，a为加载振动沉积的涂层，b为未加载振动沉积的涂层；
图3为发明实施例1的涂层与未加载振动时沉积Ni-10wt.%Al合金涂层的氧化增重曲线，▲为未加载振动沉积的涂层，■为加载振动沉积的涂层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，按照以下步骤进行：
步骤（1）：采用雾化法制备Ni-10wt.%Al合金粉末，粉末粒径范围5～100μm；
步骤（2）：将Ni-10wt.%Al合金粉末置于80℃的真空环境进行干燥处理；
步骤（3）：对Inconel600镍基高温合金基体进行丙酮除油和干燥处理；
步骤（4）：对合金基体进行喷砂处理，采用60～100目刚玉砂，喷砂压力为0.5MPa，之后对金属基体表面进行清洗并烘干；
步骤（5）：对合金基体加载振幅为0.5mm、频率为500Hz的低频振动，并采用等离子喷涂法在其表面沉积Ni-10wt.%Al涂层，具体参数为喷枪与金属基体的距离为150mm，喷枪的移动速度为120mm/min，喷涂电流500A，主气为氩气流量20L/min，氢气流量0.5L/min，送粉速率40g/min，送粉气流量3L/min。
本实施例中获得的涂层厚度为120μm，孔隙率为较未加载振动的涂层的孔隙率降低了70%，经1100℃氧化处理50h后氧化增重较未加载振动的涂层样品降低了53%，涂层表面和截面的扫描电镜照片分别如图1，图2所示和氧化增重曲线如图3所示。
实施例2
一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，按照以下步骤进行
步骤（1）：采用雾化法制备NiCrAlY合金粉末，粉末粒径范围100～200μm；
步骤（2）：将NiCrAlY合金粉末置于100℃的氩气环境进行干燥处理；
步骤（3）：对316不锈钢基体进行无水乙醇除油和干燥处理；
步骤（4）：对基体进行喷砂处理，采用100～200目石英砂，喷砂压力为0.5MPa，之后对基体表面进行清洗并烘干；
步骤（5）：对基体加载振幅为1mm、频率为2000Hz的低频振动，并采用等离子喷涂法在其表面沉积NiCrAlY涂层，具体参数为喷枪与基体的距离为100mm，喷枪的移动速度为600mm/min，喷涂电流800A，主气为氩气流量120L/min，氢气流量15L/min，送粉速率120g/min，送粉气流量10L/min。
本实施例中获得的涂层厚度为90μm，孔隙率较未加载振动的涂层的孔隙率降低了35%，经1000℃氧化处理80h后氧化增重较未加载振动的涂层样品降低了37%。
实施例3
一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，按照以下步骤进行
步骤（1）：采用球磨法制备WC粉末，粉末粒径范围5～80μm；
步骤（2）：将WC粉末置于100℃的氩气环境进行干燥处理；
步骤（3）：对304不锈钢基体进行无水乙醇除油和干燥处理；
步骤（4）：对基体进行喷砂处理，采用150～200目刚玉砂，喷砂压力为0.8MPa，之后对基体表面进行清洗并烘干；
步骤（5）：对基体加载振幅为0.05mm、频率为300Hz的低频振动，并采用等离子喷涂法在其表面沉积WC涂层，具体参数为喷枪与金属基体的距离为80mm，喷枪的移动速度为100mm/min，喷涂电流600A，主气为氩气流量120L/min，氢气流量20L/min，送粉速率250g/min，送粉气流量15L/min。
本实施例中获得的涂层厚度为250μm，孔隙率较未加载振动的涂层的孔隙率降低了30%，涂层截面的显微硬度提高了23%。
实施例4
一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，按照以下步骤进行
步骤（1）：采用球磨法制备FeCrBSi粉末，粉末粒径范围40～105μm；
步骤2：将FeCrBSi粉末置于60℃的真空环境进行干燥处理；
步骤3：对2024铝合金基体进行丙酮除油和干燥处理；
步骤4：对基体进行喷砂处理，采用100～200目刚玉砂，喷砂压力为0.1MPa，之后对基体表面进行清洗并烘干；
步骤5：对基体加载振幅为1mm、频率为1000Hz的低频振动，并采用等离子喷涂法在其表面沉积FeCrBSi涂层，具体参数为喷枪与基体的距离为200mm，喷枪的移动速度为400mm/min，喷涂电流500A，主气为氮气流量100L/min，氢气流量10L/min，送粉速率150g/min，送粉气流量12L/min。
本实施例中获得的涂层厚度为180μm，孔隙率较未加载振动的涂层的孔隙率降低了41%，涂层截面的显微硬度提高了27%
实施例5
一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，按照以下步骤进行
步骤（1）：采用球磨制备La10Si6O27粉末，粉末粒径范围100～200μm；
步骤（2）：将La10Si6O27粉末置于75℃的氩气环境进行干燥处理；
步骤（3）：对316不锈钢基体进行无水乙醇除油和干燥处理；
步骤（4）：对基体进行喷砂处理，采用80～150目石英砂，喷砂压力为0.5MPa，之后对基体表面进行清洗并烘干；
步骤（5）：对基体加载振幅为0.05mm、频率为800Hz的低频振动，并采用等离子喷涂法在其表面沉积La10Si6O27涂层，具体参数为喷枪与基体的距离为120mm，喷枪的移动速度为600mm/min，喷涂电流400A，主气为氩气流量80L/min，氢气流量15L/min，送粉速率60g/min，送粉气流量4L/min。
本实施例中获得的涂层厚度为50μm，孔隙率为降低了37%；涂层的电导率增加了23%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备粉末；
（2）对步骤（1）所得的粉末进行干燥处理；
（3）将基体材料依次进行去油、喷砂、清洗及干燥处理；
（4）制备涂层，采用等离子喷涂法将经过步骤（2）干燥处理的粉末沉积在经步骤（3）处理的并加载有低频振动的基体上，即得涂层。
2.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（1）所述的粉末粒径范围为5μm～200μm。
3.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（1）所述的粉末的制备方法包括雾化法或球磨法。
4.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（2）所述干燥方法为在100℃以下的真空或惰性气氛环境下对其进行干燥处理。
5.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的基体材料包括Ni基高温合金、不锈钢、铝合金中的一种。
6.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（3）中所述喷砂处理时，喷砂颗粒成分主要是刚玉砂或石英砂，颗粒粒径为60～200目，喷砂压力为0.1MPa～0.8MPa。
7.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（3）中所述干燥方法为在100℃以下的真空或惰性气氛环境下对其进行干燥处理。
8.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（4）中，所述等离子喷涂法的技术参数为：喷枪与基体的距离为80～250mm；喷枪的移动速度为50～600mm/min；送粉速率为8～250g/min；送粉气流为3～15L/min；电流范围为300～800A；主气成分为氩气或氮气，流量范围为10～100L/min；次气成分为氢气，流量范围为0.5～20L/min。
9.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：步骤（4）中，所述镍基高温合金基体加载的振动频率范围为10～2000Hzmm，振幅范围为0.05～1mm。
10.根据权利要求1所述的提高等离子喷涂涂层致密度的方法，其特征在于：所述基体温度为室温，所得涂层的厚度范围为50～250μm。
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