CN109266994A - 一种复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，主要步骤有：清除复杂零件外表面油污；对非喷涂面用工装进行保护；对需要喷涂的复杂零件外表面进行喷砂处理，使零件喷涂面露出新鲜表面并粗化；最后超音速喷涂：复杂零件在转台上高速旋转的情况下，通过调整不同面的搭结面宽度和喷枪移动速度及角度，从而在零件表面喷涂上均匀的涂层，涂层厚度在±0.03之内，结合力大于70MPa，涂层硬度Hv0.3大于1000。

Description

一种复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及超音速火焰喷涂技术领域，特别是一种利用超音速火焰喷涂技术在复杂零件外表面喷涂WC-10Ni涂层的制备方法。
背景技术
目前，超音速火焰喷涂技术主要有用氧气作为助燃剂的HVOF和用空气作为助燃剂的HVAF两种。
HVOF是以燃料航空煤油与助燃剂(O2)以一定的比例导入燃烧室内混合，爆炸式燃烧，因燃烧产生的高温气体以高速通过膨胀管获得超音速。同时通入送粉气(Ar或N2)，定量沿燃烧头内碳化钨中心套管送入高温燃气中，一同射出喷涂于零件上形成涂层。在喷涂机喷嘴出口处产生的焰流速度一般为音速的4倍，即约1520m/s，最高可高达2400m/s(具体与燃烧气体种类，混合比例，流量，粉末质量和粉末流量等有关)。粉末撞击到零件表面的速度大约为550-760m/s，因此形成孔隙率低、与基体材料结合强度高的高质量涂层，正因为有这些技术优势，目前在各行业中的应用越来越广泛。
HVOF喷涂WC-10Ni 涂层由于硬度高，涂层硬度HV0.3大于1000，在复杂表面上非常难加工，还要求在喷涂过程去控制涂层厚度的均匀性（±0.05mm），从而直接达到零件的图纸或规范要求，尽量避免涂层的后加工，提高零件的制作效率，降低成本。
现有复杂零件外表面涂层的喷涂方法多采用仿型喷涂，在同一零件上喷涂时，搭结面宽度、走枪速度都是固定值，因此很容易造成零件的涂层不均匀，尤其是外表面不规则的复杂零件的涂层更加不均匀，需进行涂层后加工，生产成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种：通过喷涂工艺的参数调整，主要调整在同一零件喷涂时的搭结面宽度及喷枪移动速度，有效解决复杂零件外表面喷涂涂层的不均匀性问题，从而达到降低生产成本、提高生产效率的目的的复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特点是包括如下步骤：
（一）、清除复杂零件外表面油污和对非喷涂面用工装进行保护；
（二）、对需要喷涂的复杂零件外表面进行喷砂处理，使复杂零件的喷涂面露出新鲜表面并粗化；
（三）、把复杂零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
（四）、选择和设置超音速喷涂的工艺参数，对喷涂面进行热喷涂：根据复杂零件不同喷涂面的情况，选择和设置热喷涂的工艺参数，并根据喷涂面的正常面和交结处面的情况调整相应的搭结面宽度和喷枪移动速度，从而在对喷涂面进行热喷涂时，能在转台上高速旋转的复杂零件外表面喷涂上均匀的涂层，涂层均匀性在±0.05mm内，结合力大于70MPa，硬度HV0.3大于1000，涂层孔隙率小于1%。
本发明采用在同一复杂零件喷涂时，根据正常面和交结处面的情况采用不同的搭结面宽度、喷枪移动速度（走枪速度），从而达到涂层的均匀性要求。正常面指的是正常的弧型面和平面，交结处面是指弧型与弧型、弧型与平面的交结处面。所述调整不同的搭结面宽度和喷枪移动速度是：在复杂零件外表面的弧型面和平面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，走枪速度为20mm/s；
在复杂零件外表面的弧型与弧型、弧型与平面的交结处面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，走枪速度为30mm/s；或者采用搭结面宽度为6mm，走枪速度为20mm/s。
本发明中用工装对复杂零件的非喷涂面进行保护，是确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层；对零件需要喷涂的外表面进行检验，用丙酮清洗零件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力。
所述喷砂处理时，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.35-0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光。
所述超音速喷涂的工艺参数包括：150/11枪嘴，喷涂距离：370-390mm，煤油流量23-27L/h，氧气流量：890-910升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量10-12L/min，送粉量：95±10g/min，冷却气压力：0.2-0.6MPa。
喷枪的移动速度：10-60mm/s。优选为喷枪移动速度：20-30mm/s。
在对复杂零件热喷涂前，先对复杂零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂。
在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停止热喷涂并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂。
本发明有以下优点：
1、复杂零件的外表面喷涂涂层均匀性好，可避免涂层的后加工，提高生产效率，降低生产成本；
2、操作简单；
3、属批量非单件生产，便于组织规模生产。
具体实施方式
本发明所述复杂零件（以下可简称零件）的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特点是包括如下步骤：
（一）、清除复杂零件外表面油污和对非喷涂面用工装进行保护；
（二）、对需要喷涂的复杂零件外表面进行喷砂处理，使复杂零件的喷涂面露出新鲜表面并粗化；
（三）、把复杂零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
（四）、选择和设置超音速喷涂的工艺参数，对喷涂面进行热喷涂：根据复杂零件不同喷涂面的情况，选择和设置热喷涂的工艺参数，并根据喷涂面的正常面和交结处面的情况调整相应的搭结面宽度和喷枪移动速度，从而在对喷涂面进行热喷涂时，能在转台上高速旋转的复杂零件外表面喷涂上均匀的涂层，涂层均匀性在±0.05mm内，结合力大于70MPa，硬度HV0.3大于1000，涂层孔隙率小于1%。
本发明采用在同一复杂零件喷涂时，在不同的面（如正常面和交结处面）采用不同的搭结面宽度、走枪速度，从而达到涂层的均匀性要求。所述调整不同的搭结面宽度和走枪速度是：在复杂零件外表面的弧型面和平面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，走枪速度为20mm/s；
在复杂零件外表面的弧型与弧型、弧型与平面交结处面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，走枪速度为30mm/s；或者采用搭结面宽度为6mm，走枪速度为20mm/s。
所述喷砂处理时，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.35-0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光。为避免涂层与喷涂面的结合力低和易产生裂纹，在对复杂零件热喷涂前，先对复杂零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂。
其中，所述超音速喷涂的工艺参数包括：150/11枪嘴，喷涂距离：370-390mm，煤油流量23-27L/h，氧气流量：890-910升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量10-12L/min，送粉量：95±10g/min，冷却气压力：0.2-0.6MPa，喷枪的移动速度：10-60mm/s。喷枪移动速度的优选方案：20-30mm/s。并且在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停止热喷涂并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂。
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案。
实施例1
采用GTV HVOF-K2超音速喷涂设备，在最小直径为φ80mm，最大直径φ120mm的不规则零件上喷涂WC-10Ni涂层。
一、用专用工装对零件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对零件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗零件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；
二、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.35-0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；
三、把零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
四、选择和设置热喷涂的工艺参数进行热喷涂，其中，HVOF喷涂时的工艺参数为：150/11枪嘴，喷涂距离： 380mm，煤油流量25L/h，氧气流量：900升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量11L/min，送粉量：100g/min，冷却气压力：0.5MPa。喷涂枪体的移动速度：20-30mm/s，搭结面宽度4-6mm。
在对零件喷涂前，先对零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
五、在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂；
六、喷涂后，经测试样品结合力达到78MPa，显微硬度为Hv0.3 1125，涂层孔隙率0.6%，涂层厚度为0.20-0.25mm,涂层均匀性在±0.03mm内。
实施例2
采用GTV HVOF-K2超音速喷涂设备，在最小直径为φ90mm，最大直径φ150mm的不规则零件上喷涂WC-10Ni涂层。
一、用专用工装对零件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对零件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗零件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；
二、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.35-0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；
三、把零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
四、选择和设置热喷涂的工艺参数进行热喷涂，其中，HVOF喷涂时的工艺参数为：150/11枪嘴，喷涂距离： 380mm，煤油流量25L/h，氧气流量：900升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量11L/min，送粉量：100g/min，冷却气压力：0.5MPa。喷涂枪体的移动速度：20-30mm/s，搭结面宽度4-6mm。
在对零件喷涂前，先对零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
五、在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂；
六、喷涂后，经测试样品结合力达到75MPa，显微硬度为Hv0.3 1075，涂层厚度为0.25-0.32mm,涂层孔隙率0.7%，涂层均匀性在±0.04mm内。
实施例3
采用GTV HVOF-K2超音速喷涂设备，在最小直径为φ120mm，最大直径φ180mm的不规则零件上喷涂WC-10Ni涂层。
一、用专用工装对零件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对零件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗零件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；
二、对需要喷涂的零件表面进行喷砂处理，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；
三、把零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
四、选择和设置热喷涂的工艺参数进行热喷涂，其中，HVOF喷涂时的工艺参数为：150/11枪嘴，喷涂距离： 380mm，煤油流量25L/h，氧气流量：900升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量11L/min，送粉量：105g/min，冷却气压力：0.6MPa，喷涂枪体的移动速度：20-30mm/s，搭结面宽度4-6mm。
在对零件喷涂前，先对零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂；
五、在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停枪并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂；
六、喷涂后，经测试样品结合力达到75MPa，显微硬度为Hv0.3 1175，涂层厚度为0.26-0.32mm,涂层孔隙率0.8%，涂层均匀性在±0.03mm内。
尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本发明构成限制。参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（一）、清除复杂零件外表面油污和对非喷涂面用工装进行保护；
（二）、对需要喷涂的复杂零件外表面进行喷砂处理，使复杂零件的喷涂面露出新鲜表面并粗化；
（三）、把复杂零件在卧式转台上夹紧，以便于轻松而平稳地转动零件；
（四）、选择和设置超音速喷涂的工艺参数，对喷涂面进行热喷涂：根据复杂零件外表面不同喷涂面的情况，选择和设置热喷涂的工艺参数，并根据喷涂面的正常面和交结处面的情况调整相应的搭结面宽度和喷枪移动速度，从而在对喷涂面进行热喷涂时，能在转台上高速旋转的复杂零件外表面喷涂上均匀的涂层，涂层均匀性在±0.05mm内，结合力大于70MPa，硬度HV0.3大于1000，涂层孔隙率小于1%。
2.根据权利要求1所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述正常面为弧型面和平面，调整搭结面宽度和喷枪移动速度的方法是：
在复杂零件外表面的弧型面和平面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，喷枪移动速度为20mm/s；
在复杂零件外表面的弧型与弧型、弧型与平面的交结处面喷涂时，采用搭结面宽度为4mm，喷枪移动速度为30mm/s；或者采用搭结面宽度为6mm，喷枪移动速度为20mm/s。
3.根据权利要求1所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述喷砂处理时，喷砂选用46#棕刚玉，喷砂压力为0.35-0.45MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光。
4.根据权利要求1所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：所述超音速热喷涂的工艺参数包括：150/11枪嘴，喷涂距离：370-390mm，煤油流量23-27L/h，氧气流量：890-910升/min，转台转速200rpm，载粉N2流量10-12L/min，送粉量：95±10g/min，冷却气压力：0.2-0.6MPa。
5.根据权利要求1或4所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：喷枪的移动速度：20-30mm/s。
6.根据权利要求1所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：在对复杂零件热喷涂前，先对复杂零件用喷枪进行预热，对需要喷涂的面进行加热，测得温度为50℃以上时开始送粉进行热喷涂。
7.根据权利要求1所述复杂零件的外表面超音速喷涂涂层的制备方法，其特征在于：在热喷涂过程中不间断地监测温度，如果表面温度超过150℃，则停止热喷涂并进行冷却，当表面温度降低到60-100℃区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的涂层厚度达到要求停止热喷涂，完成该零件的本次热喷涂。
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