CN109321859A - 一种金属表面前处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述金属表面前处理方法，包括以下步骤：对金属工件的金属表面进行除油处理后，利用超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理，使金属表面均匀粗糙，再在金属表面上喷涂涂层，所述吹砂粗化处理的方法是：按超音速火焰喷涂设备程序点火，调节火焰温度使其低于砂粒熔点，启动装有砂粒的送粉器，使喷枪与金属工件的金属表面保持一定距离，然后驱使金属工件转动和使喷枪相对金属表面以一定的速度移动喷射。本发明由于巧妙地利用超音速火焰喷涂设备来进行吹砂粗化处理，不仅金属表面的氧化皮和其他异物被迅速的去除，而且热的砂粒在吹砂时又起到了很好的预热效果，进一步的节省了时间和成本。且处理后金属表面的粗糙度非常均匀，对金属表面的损伤小。

Description

一种金属表面前处理方法
技术领域
本发明涉及金属喷涂技术领域,特别是一种利用超音速火焰喷涂技术来进行金属表面前处理的方法。
背景技术
热喷涂技术制备涂层，一般都需要在喷涂涂层前，对金属表面进行除油、表面粗化处理和预热。常用的表面粗化方法是吹砂处理，即用一定压力的压缩空气将一定粒度的氧化铝砂、铁砂、碳化硅砂或其他砂粒加速喷射在基体表面，去除基体表面的氧化皮、锈斑或其他异物，形成一定粗糙度的表面，以便与随后热喷涂沉积的涂层形成良好的机械结合，提高热喷涂涂层与基体的结合强度。这种吹砂处理工序，一般在除油之后进行。存在如下缺点：
(1) 吹砂时，有较大的噪音，并有严重的粉尘产生，因此，一般需要在封闭的有隔音和除尘设备的吹砂间内进行，需要专用的吹砂间。
(2) 吹砂处理后，工件需要从吹砂间转移到喷涂间进行喷涂。对于较大和较重的工件非常不便。
(3) 如果需要进行吹砂处理的工件比较大，消耗的砂粒也较多，吹砂处理的时间也较长，增加了劳动强度，成本较高。
吹砂处理之后，一般还需要对工件进行预热处理，预热温度要求在露点以上，一般在80-180℃之间。预热可以除去工件表面吸附的水等，还能减少热喷涂后涂层中的残余应力。预热常用超音速火焰喷涂设备或等离子喷涂设备所产生的火焰、不送入粉末直接加热工件。若工件尺寸较大，有时需要加热1小时以上才能达到合适的温度。
因此急需一种能替代吹砂和预热前处理的方法，既能达到需要的处理效果，又耗时短，减少成本和劳动强度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种既可以达到吹砂处理效果，又工作效率高，有效减少了劳动强度和生产成本的金属表面前处理方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述金属表面前处理方法，包括以下步骤：对金属工件（简称工件）的金属表面进行除油处理后，进行吹砂粗化处理，使金属表面均匀粗糙，再在金属表面上喷涂涂层，其特点是：所述吹砂粗化处理是利用超音速火焰喷涂设备装上砂粒后进行喷涂实现的；
其中，所述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理的方法是：按程序点火，调节火焰温度使其低于砂粒熔点，温度控制在1300℃至1500℃左右，启动装有砂粒的送粉器，并使砂粒流量控制在30-250克/分钟，利用手持、机械手或其他持枪方法，使喷枪与金属工件的金属表面保持在150mm-400mm的距离，然后驱使金属工件转动和使喷枪相对金属表面以一定的速度移动的同时，通过喷枪将砂粒喷射至金属工件表面，且金属工件的转动和喷枪的移动速度要配合好（喷枪移动的速度V=金属工件的转速x步进速度/60），以保证工件表面都得到均匀的处理。
上述砂粒的粒度为12#-320#，优选是100#-300#。最佳粒度为150#-240#。砂粒需先烘干后再装入送粉器中。
上述砂粒流量的优选方案是控制在80-150克/分钟。
本发明进一步的技术方案是：上述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理后，清理送粉器，将喷涂涂层用粉末放入送粉器，再启动超音速火焰喷涂设备在金属表面上喷涂涂层，所述粉末粒度为5-30μm。也就是说吹砂粗化处理和喷涂涂层工序均可利用同一套超音速火焰喷涂设备进行，无需进行车作间的更换，操作方便，工作效率高。
上述超音速火焰喷涂设备可为利用氧气作为助燃剂的HVOF设备或采用空气作为助燃剂的HVAF设备。
本发明的处理方法，有如下的特点：
1. 处理效率高：由于砂粒被加热到较高的温度和被加速到较高流量速度，因此喷射至金属工件表面时能将表面的氧化皮和其他异物被迅速的去除。用本发明的处理方法，同样面积的金属工件处理时间仅为常规吹砂处理的约十分之一。
2. 处理效果好：因为采用的砂粒粒度远小于常用的12#-24#砂，因此处理后表面的粗糙度非常均匀，而且对工件表面的损伤小。
3. 起到预热效果：不需要额外的预热处理步骤，节省了时间和成本。
4. 提高结合强度：用本发明的方法处理后，随后热喷涂沉积的涂层与工件表面的结合强度可以有显著提高，这主要得益于处理后均匀的表面粗糙度和较小的基体损伤。
5.吹砂粗化处理和喷涂涂层工序均可利用同一套超音速火焰喷涂设备进行，无需进行车作间的更换，操作方便，工作效率高。
具体实施方式
本发明所述金属表面前处理方法，包括以下步骤：对金属工件的金属表面进行除油处理后，进行吹砂粗化处理，使金属表面均匀粗糙，为随后的在金属表面上喷涂涂层作好准备，其中，所述吹砂粗化处理是利用超音速火焰喷涂设备装上砂粒后进行喷涂实现的，所述砂粒可为氧化铝砂、碳化硅砂或锆刚玉砂、棕刚玉砂等；所述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理的方法是：按程序点火，调节火焰温度使其低于砂粒熔点，温度控制在1300℃至1500℃，启动装有砂粒的送粉器，并使砂粒流量控制在30-250克/分钟（砂粒流量的优选方案是控制在80-150克/分钟），利用手持、机械手或其他持枪方法，使喷枪与金属工件的金属表面保持在150mm-400mm的距离，然后驱使金属工件转动和使喷枪相对金属表面以一定的速度移动的同时，通过喷枪将砂粒喷射至金属工件表面，且金属工件的转动和喷枪的移动速度要配合好，一般是喷枪移动的速度V=转速x步进速度/60，以保证工件表面都得到均匀的处理。以上处理方法一般重复2-3次，工件表面就可以得到良好的处理，可以马上进行下一步工序即涂层的喷涂。本发明所用的超音速火焰喷涂设备可以是HVOF设备，如德国GTV公司的K2系统或Praxair公司的JP5000系统；也可以采用HVAF设备，如UniqueCoat公司的Intelli-Jet系统或Kermetico公司的AcuKote系统。其中HVAF设备在标准喷涂参数下火焰温度低于HVOF设备，砂粒在火焰中绝对不会熔化；HVOF设备则必须调整工艺参数，使得火焰温度低于砂粒熔点。本发明由于巧妙地利用超音速火焰喷涂设备来进行吹砂粗化处理，在处理的过程中，砂粒被加热到较高的温度和被加速到较高流量速度喷射金属工件的金属表面时，金属表面的氧化皮和其他异物被迅速的去除，处理时间短，处理效率高。而且热的砂粒在吹砂时正好将热量传递至金属工件而起到了很好的预热效果，不需要后期额外的预热处理步骤，进一步的节省了时间和成本。为确保处理后金属表面的粗糙度非常均匀和对金属表面的损伤小，上述砂粒的粒度为12#-320#，最佳粒度为150#-240#。本发明中的砂粒一般需先烘干后再装入送粉器中。为进一步的提高本发明的工作效率，上述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理后，清理送粉器，将喷涂涂层用粉末放入送粉器，再启动超音速火焰喷涂设备在金属表面上喷涂涂层，所述粉末粒度为5-30μm。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的描述：
实施例一：
(1) 、砂粒的制备：所用砂粒为吹砂处理常用的棕刚玉砂，烘干后装入送粉器中。砂粒粒度为180#。
(2)、 喷涂前处理：将待喷涂的金属表面采用进行适当的除油处理，如采用丙酮擦拭。
(3)、 吹砂处理：按程序点火，启动Intelli-Jet超音速火焰喷涂设备，调节火焰温度使其低于砂粒熔点，温度控制在1400℃左右，所用参数为压缩空气85PSI，主燃气85PSI，次级燃气58PSI。启动送粉器，砂粒流量控制在120克/分钟左右。利用机械手，使喷枪与金属工件的金属表面保持在150mm-400mm的距离，启动工件转动机构转动工件，启动机械手，开始移动喷枪进行砂粒喷射（金属工件的转动和喷枪的移动速度要配合好），处理区域均匀覆盖工件表面2次即可。
(4)、 喷涂涂层：清理送粉器，更换喷涂涂层用粉末，如316L不锈钢粉末，粒度为5-30μm，喷涂参数为压缩空气85PSI，主燃气85PSI，次级燃气60PSI。喷涂涂层厚度为0.3mm左右。
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 (8)

1.一种金属表面前处理方法，包括以下步骤：对金属工件的金属表面进行除油处理后，进行吹砂粗化处理，使金属表面均匀粗糙，随后再在金属表面上喷涂涂层，其特征在于：所述吹砂粗化处理是利用超音速火焰喷涂设备装上砂粒后进行喷涂实现的；
其中，所述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理的方法是：按程序点火，调节火焰温度使其低于砂粒熔点,温度控制在1300℃至1500℃,启动装有砂粒的送粉器，并使砂粒流量控制在30-250克/分钟，使喷枪与金属工件的金属表面保持在150mm-400mm的距离，然后驱使金属工件转动和使喷枪相对金属表面以一定的速度移动的同时，通过喷枪将砂粒喷射至金属工件表面，且金属工件的转动和喷枪的移动速度要配合好，以保证工件表面都得到均匀的处理。
2.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述砂粒的粒度为12#-320#，砂粒需先烘干后再装入送粉器中。
3.根据权利要求2所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述砂粒的最佳粒度为150#-240#。
4.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述砂粒流量控制在80-150克/分钟。
5.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述超音速火焰喷涂设备所用的压缩空气为85PSI，主燃气为85PSI，次级燃气为58-60PSI。
6.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述超音速火焰喷涂设备进行吹砂粗化处理后，清理送粉器，将喷涂涂层用粉末放入送粉器，再启动超音速火焰喷涂设备在金属表面上喷涂涂层，所述粉末粒度为5-30μm。
7.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述超音速火焰喷涂设备为HVOF设备或HVAF设备。
8.根据权利要求1所述的金属表面前处理方法，其特征在于：上述金属工件的转动和喷枪移动速度的配合关系是：喷枪移动的速度V=转速x步进速度/60。
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