CN110983232B - 一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，包括如下步骤：选用钴基碳化钨作为基材，且钴基碳化钨粉末为喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末按质量比为8:2均匀混合而成；将碳化钨基材粉末通过超音速等离子喷涂系统喷涂到刀具工件表面制得耐磨涂层主体；对喷涂后的刀具进行电镜检测，筛选出表面形成稳定的、牢固的、多孔系的且表面粗糙的碳化钨涂层的工件；将筛选出的工件进行烘烤，去除涂层中存在的水气，并用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面并烘烤，使得疏水疏胶溶剂与涂层充分结合，形成防粘耐磨涂层。具有传统碳化钨涂层的硬度和耐磨能力，又具备了良好的防粘特点，大大提高了刀体单次喷涂后的切屑次数，节约刀具更换成本。

Description

一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法
技术领域
本发明涉及刀具涂层技术领域，具体为一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法。
背景技术
在轮胎制造中常常需要使用裁刀刀具进行切削，为了提高刀具的使用寿命，需要早刀具表面喷涂耐磨涂层，目前的涂层都是通过超音速火焰喷涂系统在刀具表面喷涂碳化钨涂层，其使用的碳化钨基材成分单一（喷雾造粒粉末或烧结破碎粉末中的一种），其涂层孔隙率低、面粗糙度低，能够制备出非常有益的致密涂层，但是，该种涂层表面粗糙度非常小，并不能承载一系列疏水疏胶类物质，由于涂层自身非常致密，并不能形成框架结构，相应的疏水疏胶类物质不能进入涂层框架内，涂层并不能起到防粘的作用，在切削轮胎过程中，刀具会和被切削物瞬时粘合，刀具和轮胎胶面因粘合作用导致接触时间边长，而影响切削效率与切削品质，且导致刀具表面涂层粘附轮胎胶体成分，导致刀具刀体单次喷涂后切屑次数低从而增加刀具更换成本，为此我们提出一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.涂层基材粉末制备
选用含钴量12%的钴基碳化钨作为基材，钴基碳化钨粉末为喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末按质量比为8:2均匀混合而成；
b.涂层主体制备
将步骤a中制得的钴基碳化钨基材粉末通过超音速等离子喷涂系统喷涂到刀具工件表面制得耐磨涂层主体；
c.电镜检测筛选
对喷涂后的刀具进行电镜检测，筛选出表面形成稳定的、牢固的、多孔系的且表面粗糙的碳化钨涂层的工件；
d.防粘层的制备
将步骤c筛选出的工件进行烘烤，去除涂层中存在的水气，并用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面并烘烤，使得疏水疏胶溶剂与涂层充分结合，形成防粘耐磨涂层。
优选的一种实施案例，步骤a中，所述喷雾造粒粉末的粒度范围在25-65μm，所述烧结破碎粉末的粒度在10-45μm。
优选的一种实施案例，步骤a中，所述喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末机械混合时间为8小时，并将混合后的粉末进行过筛处理，去除粒度小于10μm的粉末颗粒，然后再进行150℃的低温干燥，干燥时间为2小时，最后测得混合粉末的流动速度为35s/50g。
优选的一种实施案例，步骤b中，所述超音速等离子喷涂系统设备为Axial III 三电极轴向送粉等离子喷涂系统；配套使用的送粉设备为普莱克斯1264输粉系统，且送粉数量为50g/min；使用的喷涂参数：氩气流量为180L/min，氮气流量为100L/min，氢气流量为20L/min，电流230A，喷涂距离170mm。
优选的一种实施案例，步骤c中，通过电镜检测筛选出涂层表面粗糙度为Ra5-7μm，涂层厚度为100μm，涂层孔隙率为5%-7%的工件。
优选的一种实施案例，步骤d中，将筛选出的工件放入烘箱进行用100℃进行烘烤，烘烤时间为4小时，将在大气喷涂环境中，涂层中存在的水气进行排除，有利于防粘材料的进入。
优选的一种实施案例，步骤d中，烘烤去除工件中的水气后，将用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行二次烘烤，烘烤温度为60℃，时间2小时，待工件冷却后再次使用有机溶剂稀释过的硅脂润滑剂再次喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行第三次烘烤，烘烤温度为50℃，烘烤时间为2小时，多次烘烤和填补中，疏水疏胶溶剂会很好的进入涂层的内部，达到防粘效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末按比例混合的钴基碳化钨混合粉末作为涂层基材，粉末在混合中由于撞击和相互摩擦的作用下团聚烧结的粉末发生破碎，从而是粉末球型结构发生变化，产生很大不规则的碎片，并通过超音速等离子设备进行喷涂，形成表面形成稳定的，牢固的，多孔系的，表面粗糙的碳化钨涂层，为形成涂层框架结构提供了可能性，便于后续防粘材料渗透；
2、用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面并烘烤，如此进行多次，在多次烘烤和填补中，疏水疏胶溶剂会很好的进入涂层的内部，从而提高涂层防粘性能，避免切削时刀具和被切削物粘合，从而提高切削效率与切削品质；
3、本发明制备的防粘耐磨涂层具有传统碳化钨涂层的硬度和耐磨能力，且又具备了传统碳化钨涂层所不具备的防粘的特点，大大提高了刀体单次喷涂后的切屑次数，节约刀具更换成本，极具使用和推广价值。
附图说明
图1为本发明喷雾造粒粉末电镜结构示意图；
图2为本发明烧结破碎粉末电镜结构示意图；
图3为本发明混合粉末电镜结构示意图；
图4为本发明混合粉末在超音速等离子喷涂下制备的涂层表面电镜结构示意图；
图5为单一喷雾造粒粉末或烧结破碎粉末在超音速火焰设备下制得的涂层表面电镜结构示意图；
图6为单一喷雾造粒粉末或烧结破碎粉末在超音速火焰设备下制得的涂层表面电镜结构示意图；
图7为本发明疏水疏胶类物质进入涂层的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.涂层基材粉末制备
选用含钴量12%的钴基碳化钨作为基材，钴基碳化钨粉末为喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末按质量比为8:2均匀混合而成；
b.涂层主体制备
将步骤a中制得的钴基碳化钨基材粉末通过超音速等离子喷涂系统喷涂到刀具工件表面制得耐磨涂层主体；
c.电镜检测筛选
对喷涂后的刀具进行电镜检测，筛选出表面形成稳定的、牢固的、多孔系的且表面粗糙的碳化钨涂层的工件；
d.防粘层的制备
将步骤c筛选出的工件进行烘烤，去除涂层中存在的水气，并用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面并烘烤，使得疏水疏胶溶剂与涂层充分结合，形成防粘耐磨涂层。
步骤a中，喷雾造粒粉末的粒度范围在25-65μm（如图1所示），烧结破碎粉末的粒度在10-45μm（如图2所示）。
步骤a中，喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末机械混合时间为8小时，并将混合后的粉末进行过筛处理，去除粒度小于10μm的粉末颗粒，然后再进行150℃的低温干燥，干燥时间为2小时，最后测得混合粉末的流动速度为35s/50g。
进一步的，在未混合的情况下，喷雾造粒粉末的流速为42s/50g,而烧结破碎粉末的流速为25s/50g,由此可以看出，混合粉末在流速上有所变化，其原因是因为破碎粉末由于表面棱角突出，加大了粉末微球之间彼此的摩擦力，从而影响到了粉末微球整体的流动性。在多次实验过程中和实际验证中，该配比的混合粉末比例，以及混合时间能够制备出较合适的承载涂层，结合防粘工艺，可以得到较满意的防粘效果。并且，两种粉末微粒在混合过程中，由于彼此摩擦和撞击，喷雾造粒粉末容易发生破碎，从而导致在混合粉末中，存在多重结构不同的粉末颗粒（如图3所示），这些结构在加温受热后融化过程中会形成不同的结构，该结构可以制备出较好的承载涂层。
步骤b中，超音速等离子喷涂系统设备为Axial III 三电极轴向送粉等离子喷涂系统；配套使用的送粉设备为普莱克斯1264输粉系统，且送粉数量为50g/min；使用的喷涂参数：氩气流量为180L/min，氮气流量为100L/min，氢气流量为20L/min，电流230A，喷涂距离170mm。
步骤c中，通过电镜检测筛选出涂层表面粗糙度为Ra5-7μm，涂层厚度为100μm，涂层孔隙率为5%-7%的工件（如图4所示）。
进一步的，传统超音速火焰喷涂将单一的碳化钨粉末喷涂后的涂层与本发明进行对比，在该系统制备过程中由于粉末粒子加热飞行速度极快（0.5倍至1.5倍马赫），粒子在高速飞行后撞击到基材的表面，粒子瞬间扁平化，在碳化钨粒子彼此致密叠加后，在基材上形成致密的碳化钨涂层，涂层表面粗糙度为1.5-3μm。本发明进行了对比试验后，测得传统超音速火焰喷涂将单一的碳化钨粉末喷涂后的涂层表面粗糙度为Ra2-3μm，涂层厚度100μm，涂层孔隙率0.8%-1.5%（图图5所示），传统涂层表面粗糙度非常小，并不能承载一系列疏水疏胶类物质，由于涂层自身非常致密，并不能形成框架结构，相应的疏水疏胶类物质不能进入涂层框架内，涂层并不能起到防粘的作用；
进一步的，还进行了超音速等离子设备将单一的碳化钨粉末喷涂后的涂层与本发明进行对比，粒子在加热飞行速度比超音速火焰喷涂系统低（音速以下或接近音速），由于枪体在喷涂过程中核心温度较高，所以碳化钨粉末的熔化效果会很好，涂层也会致密，经测量得到表面粗糙度为Ra3-4μm，涂层厚度100μm，涂层孔隙率2.5%-4.5%（如图6所示），涂层的孔隙率和表面粗糙度仍然很低，并没有形成较好的承载框架，涂层防粘效果差。
通过对比试验得出，本发明选用混合后的粉末进行喷涂时，由于粉末混合后，在不同形状的颗粒彼此摩擦和撞击下，粉末颗粒形成不规则的颗粒，这些颗粒在使用喷涂参数下，粒子在加热飞行过程既能获得相应的熔化能量，又没有较高速的飞行速度，且在撞击工件表面时大部分保持粉末颗粒的原有形状，在工件表面形成稳定的，牢固的，多孔系的，表面粗糙的碳化钨涂层，为形成涂层框架结构提供了可能性（如图4所示）。
步骤d中，将筛选出的工件放入烘箱进行用100℃进行烘烤，烘烤时间为4小时，将在大气喷涂环境中，涂层中存在的水气进行排除，有利于防粘材料的进入。
步骤d中，烘烤去除工件中的水气后，将用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行二次烘烤，烘烤温度为60℃，时间2小时，待工件冷却后再次使用有机溶剂稀释过的硅脂润滑剂再次喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行第三次烘烤，烘烤温度为50℃，烘烤时间为2小时，多次烘烤和填补中，疏水疏胶溶剂会很好的进入涂层的内部，达到防粘效果（如图7所示），并且由于涂层内的孔隙直径只有10-100μm，并且由于孔隙是贯穿涂层的，当疏水疏胶溶剂进入涂层内部后，在工件零下15℃至零上80℃的工作温度下，该溶剂不会溢出或蒸发和分解，可以配合涂层使用直至，涂层需要再次制备时。
本发明制备的防粘耐磨涂层具有传统碳化钨涂层的硬度和耐磨能力，且又具备了传统碳化钨涂层所不具备的防粘的特点，该系列涂层应用于轮胎制造工厂内的各种规格的裁刀表面，达到单片刀体单次喷涂后切屑30万次数量，高出同类刀体未作防粘处理切削量的20%，节约刀具更换成本，轮胎裁刀切削时会接触橡胶和轮胎内钢丝，为了保证切削效果需要在切削过程中尽量缩短刀面于轮胎胶面的接触时间，这时本发明的防粘效果就能够凸显，并且本发明的框架结构是碳化钨，它又能保证在切削过程中能切断轮胎内的钢丝，这样大大缩短切削时间，提高了生产效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.涂层基材粉末制备
选用含钴量12%的钴基碳化钨作为基材，钴基碳化钨粉末为喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末按质量比为8:2均匀混合而成；
b.涂层主体制备
将步骤a中制得的钴基碳化钨基材粉末通过超音速等离子喷涂系统喷涂到刀具工件表面制得耐磨涂层主体；
c.电镜检测筛选
对喷涂后的刀具进行电镜检测，筛选出表面形成稳定的、牢固的、多孔系的且表面粗糙的碳化钨涂层的工件；
d.防粘层的制备
将步骤c筛选出的工件进行烘烤，去除涂层中存在的水气，并用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面并烘烤，使得疏水疏胶溶剂与涂层充分结合，形成防粘耐磨涂层；
步骤a中，所述喷雾造粒粉末的粒度范围在25-65μm，所述烧结破碎粉末的粒度在10-45μm；
步骤b中，所述超音速等离子喷涂系统设备为Axial III 三电极轴向送粉等离子喷涂系统；配套使用的送粉设备为普莱克斯1264输粉系统，且送粉数量为50g/min；使用的喷涂参数：氩气流量为180L/min，氮气流量为100L/min，氢气流量为20L/min，电流230A，喷涂距离170mm。
2.根据权利要求1所述的一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于：步骤a中，所述喷雾造粒粉末和烧结破碎粉末机械混合时间为8小时，并将混合后的粉末进行过筛处理，去除粒度小于10μm的粉末颗粒，然后再进行150℃的低温干燥，干燥时间为2小时，最后测得混合粉末的流动速度为35s/50g。
3.根据权利要求1所述的一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于：步骤c中，通过电镜检测筛选出涂层表面粗糙度为Ra5-7μm，涂层厚度为100μm，涂层孔隙率为5%-7%的工件。
4.根据权利要求1所述的一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于：步骤d中，将筛选出的工件放入烘箱进行用100℃进行烘烤，烘烤时间为4小时，将在大气喷涂环境中，涂层中存在的水气进行排除，有利于防粘材料的进入。
5.根据权利要求1所述的一种使用特有喷涂功率制备耐磨防粘涂层的方法，其特征在于：步骤d中，烘烤去除工件中的水气后，将用有机溶剂稀释过后的硅脂润滑剂喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行二次烘烤，烘烤温度为60℃，时间2小时，待工件冷却后再次使用有机溶剂稀释过的硅脂润滑剂再次喷涂到涂层表面，静置1小时后，进行第三次烘烤，烘烤温度为50℃，烘烤时间为2小时，多次烘烤和填补中，疏水疏胶溶剂会很好的进入涂层的内部，达到防粘效果。
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