CN108977753A - 一种非晶涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明不仅涉及一种使用非典型非晶成分的5‑25μm（D50≤15μm）细粉通过HVAF或HVOF制备非晶涂层的方法，还涉及在此细粉通过混入高熔点粉末的方式让高熔点粉末撞击涂层来降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法。该发明通过控制喷涂粉末成分、喷涂粉末粒度、喷涂温度、喷涂速度及加高压空气或CO2干冰加速冷却的方式得到非晶涂层。本发明制备非晶涂层的方法，解除了当前超音速火焰喷涂非晶涂层需要用非晶粉末的技术限制；并且混入高熔点粉末的方式，解决了当前涂层易开裂、涂层厚度不能满足工艺需求的问题，提升了涂层的整体性能及应用空间。

Description

一种非晶涂层的制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂技术领域，具体而言涉及一种使用非典型非晶成分的细粉末通过HVAF或HVOF制备非晶涂层的方法，还涉及一种此细粉通过混入高熔点粉末的方式让高熔点粉末撞击涂层来降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法。
背景技术
工程机械产业是我国的重要产业，随着中国加入世贸组织，工程机械产品在全世界开始崭露头角，每年都有大量的工程机械产品出口，工程机械行业的发展情况也成了制造业发展情况的重要标志。在工程机械中很多零件会经常受到磨损和腐蚀，表面涂覆涂层是提高材料耐磨、耐腐蚀性能最有效、最常用的方法。非晶合金涂层是指通过表面工程技术在传统材料表面获得一层非晶涂层，用以提高传统材料表面硬度、耐磨耐腐蚀性能，在材料表面工程领域具有广阔的应用前景。采用热喷涂技术可以获得大面积的非晶合金涂层，具有优异的物理、化学性能，延长了材料的使用寿命，具有重要的应用价值和好的经济效益。目前非晶态合金涂层的制备方法主要是超音速火焰喷涂和等离子喷涂技术。当前超音速火焰喷涂技术制备非晶合金涂层时，要求使用的喷涂粉末为非晶粉末，若使用晶体合金粉末，得到的涂层为晶体涂层，达不到耐腐蚀的要求。为了增加晶体粉末喷涂适用性，使晶体粉末经超音速火焰喷涂后也能得到以非晶为主的涂层，改进当前超音速火焰喷涂工艺将是一种切实可行的方法；当前超音速火焰喷涂技术制备非晶合金涂层，其涂层都是拉应力涂层，所以容易开裂，如何降低涂层的拉应力，甚至实现压应力从而提升涂层厚度成为了急需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种使用非典型非晶成分的细粉通过HVAF或HVOF制备非晶涂层的方法。通过控制喷涂粉末成分、喷涂粉末粒度、喷涂温度、喷涂速度及加高压空气或CO2干冰加速冷却的方式得到非晶为主涂层：采用粒度较小的喷涂粉末、降低最高喷涂温度，喷涂粉末过热小但全部熔化，到达需要喷涂的作业面时能急速冷却，同时在高压空气或CO2干冰加速冷却下，确保涂层形成非晶为主的组织；而更快的喷涂速度降低了喷涂颗粒在喷涂过程中发生的氧化等化学反应的可能性，提高了涂层的耐蚀性。
本发明还提供一种上述细粉通过混入高熔点粉末的方式让高熔点粉末撞击涂层来降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法。通过控制高熔点粉末成分，细粉和高熔点粉末体积比的方式进一步提高涂层的压应力获得更厚涂层：由于高熔点粉末熔点高于喷涂温度，使得高熔点粉末在喷枪内不融化，当高熔点粉末撞击涂层后，高熔点粉末经涂层反弹后飞失，涂层经过打压后，降低了涂层的拉应力，甚至实现压应力，使得涂层不容易开裂，涂层厚度允许提升。
1. 所述非晶涂层制备方法包括以下步骤：
（1）采用气雾化或水雾化工艺方法制备粒度为5-25μm（D50≤15μm）的铁基合金细粉；
（2）对所需喷涂的基材表面进行氧化物去除和表面清理；
（3）采用HVAF工艺将步骤（1）中的细粉喷涂到基材表面，喷涂工艺参数：空气压力0.6MPa、丙烷0.5MPa、送粉速度40-80g/min、喷涂距离15-33cm，单层涂层度4-10μm，火焰喷涂温度1900-2400℃左右。
其中：
步骤（1）中粉末粒度优选为5-20μm（D50≤15μm）；
步骤（2）中的基材可以是钢体制成的；
步骤（3）中的喷涂工艺可以为HVOF，具体喷涂参数为：空气压力0.6MPa、氧气流量800-900L/min、煤油流量0.3-0.4L/min、送粉速度40-80g/min、喷涂距离15-33cm，单层涂层度低于10μm，火焰喷涂温度2200-2800℃左右；
本发明的优点在于：使用非典型非晶成分的细粉通过HVAF或HVOF制备非晶涂层，解除了当前超音速火焰喷涂非晶涂层需要用非晶粉末的技术限制，扩展了非晶涂层所用粉末的适用范围，推动了超音速火焰喷涂技术的发展。
2. 所述降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法包括以下步骤：
（1）采用发明内容1中非晶涂层的制备方法，并做出如下修改：对制得的铁基合金细粉中混入粒度为20-45μm的Al2O3，或Cr2O3，或MgO，或其他高熔点陶瓷，及它们的混合物粉末；
其中：
步骤（1）中所用喷涂粉末原料可以为铁基或镍基合金细粉中加入Al2O3，或Cr2O3，或MgO，或其他高熔点陶瓷，及它们的混合物，体积比为5-50%。
本发明的优点在于：使用细粉中混入高熔点粉末的方式让高熔点粉末撞击涂层来降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法，解决了当前涂层易开裂、涂层厚度不能满足工艺需求的问题，提升了涂层的整体性能及应用空间。
附图说明
图1是本发明实施例1在金相显微镜下观察到的组织结构图；
图2是本发明实施例2在金相显微镜下观察到的组织结构图；
图3是采用常规铁基粉末，设定常规的HVAF工艺参数，在金相显微镜下观察到的组织结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
用喷砂工艺对工件表面进行喷砂处理，去除油污锈渍等污物。选用粒径为5-25μm（D50≤15μm）的含C0.5%，Cr25%，Si2%，B3%，Ni0%的铁基粉末用于喷涂，喷涂前将粉末置于烘干箱中烘2小时。在工件表面上采用HVAF工艺进行喷涂，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，丙烷0.5MPa，送粉率为60g/min，火焰喷涂温度为1900℃左右，喷涂距离为30cm，单次喷涂的涂层度小于8μm。经不停的喷涂直至涂层开裂时所能达到的最大涂层厚度为0.29mm。将制备得到的涂层放在金相显微镜下观察，如图1，可以观察到涂层已经形成了明显的非晶组织。
实施例2
用喷砂工艺对工件表面进行喷砂处理，去除油污锈渍等污物。选用粒径为5-25μm（D50≤15μm）的含C0.3%，Cr18%，Si3%，B3.8%，Fe6%的镍基粉末用于喷涂，喷涂前将粉末置于烘干箱中烘2小时。在工件表面上采用HVOF工艺进行喷涂，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，煤油26L/h，氧气900L/min，送粉率为60g/min，火焰喷涂温度为2800℃左右，喷涂距离为33cm，单次喷涂的涂层度小于8μm。经不停的喷涂直至涂层开裂时所能达到的最大涂层厚度为0.25mm。将制备得到的涂层放在金相显微镜下观察，如图2，可以观察到涂层已经形成了明显的非晶组织。
实施例3
用喷砂工艺对工件表面进行喷砂处理，去除油污锈渍等污物。采用铁基粉和Cr2O3粉末以混粉的方式用于喷涂，其体积比为19:1，质量比为14:1选用粒径为5-25μm（D50≤15μm）的含C0.6%，Cr27%，B3.5%，Ni10%的铁基粉末用于喷涂，喷涂前将粉末置于烘干箱中烘2小时。在工件表面上采用HVAF工艺进行喷涂，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，丙烷0.5MPa，送粉率为70g/min，火焰喷涂温度为2200℃左右，喷涂距离30m，单次喷涂的涂层度4μm。经不停的喷涂直至涂层开裂时所能达到的最大涂层厚度为0.45mm。
实施例4
用喷砂工艺对工件表面进行喷砂处理，去除油污锈渍等污物。采用铁基粉和Al2O3粉末以混粉的方式用于喷涂，其体积比为1:1，质量比为19:10，选用粒径为5-20μm（D50≤15μm）的含C0.5%，Cr27%，B3.5%，Ni4%的铁基粉末，粒径为20-45μm的Al2O3粉末，喷涂前将粉末置于烘干箱中烘2小时。在工件表面上采用HVAF工艺进行喷涂，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，丙烷0.5MPa，送粉率为60g/min，火焰喷涂温度为1900℃左右，喷涂距离为30cm，单次喷涂的涂层度8μm。经不停的喷涂直至涂层开裂时所能达到的最大涂层厚度为0.58mm。

Claims (8)

1.一种使用非典型非晶成分的5-25μm（D50≤15μm）细粉通过HVAF或HVOF制备非晶涂层的方法，通过HVAF制备特征在于：所使用的喷涂工艺参数为：空气压力0.6-0.65MPa、丙烷0.5-0.6MPa、送粉速度40-100g/min、喷涂距离15-35cm，单层涂层度4-10μm；通过HVOF制备特征在于：具体喷涂参数为：氧气流量800-900L/min、煤油流量0.3-0.4L/min、送粉速度40-80g/min、喷涂距离20-33cm，单层涂层度4-10μm。
2.高压空气的作用是加速粉末冷却。
3.一种细粉通过混入高熔点粉末的方式让高熔点粉末撞击涂层来降低涂层拉引力甚至实现压应力使得涂层厚度允许提升的方法。
4.根据权利要求1所述的细粉，可以是铁基和镍基合金细粉。
5.根据权利要求1，细粉粒度优选为5-20μm（D50≤15μm）。
6.根据权利要求1，火焰喷涂温度为1900-2800℃左右。
7.根据权利要求1所述的一种非晶涂层的制备方法，其特征在于喷涂时用高压空气冷却或用CO2干冰快速冷却。
8.根据权利要求1所述的一种降低涂层压应力从而提升涂层的厚度的方法，特征在于：铁基或镍基合金细粉加入Al2O3，或Cr2O3，或MgO，或其他高熔点陶瓷，及它们的混合物，体积比为5-50%。
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