CN113832456A - 一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，方法如下：步骤一、制备用于冷喷涂的铝锌合金粉末；步骤二、将步骤一中制得的铝锌合金粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒；步骤三、对基体表面进行喷砂处理以去除表面的杂质；步骤四、采用氦气作为工作气体和载气，用喷枪将步骤二中的合金粉末喷涂至喷砂处理后的基体上；步骤五、基体上的涂层干燥后，清洗涂层表面残留的喷丸颗粒。本发明通过在铝和锌喷涂粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒，因其粒径较大体积较大不会到达临界速度无法沉积，因此不会污染涂层还会起到了夯实涂层的作用，不仅得到了更加致密的铝基复合涂层，还使涂层的沉积效率、硬度有所提高。

Description

一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法

技术领域

本发明涉及金属材料涂层技术领域，尤其涉及一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法。

背景技术

冷喷涂技术是一种以压缩气体作为加速介质，基于气体动力学原理，在喷涂过程中带动喷涂粉末以极高的速度碰撞金属零部件，使粉末发生塑性变形沉积而形成涂层的新型喷涂技术。与其它涂层制备技术相比，其设备装置操作使用方便，喷涂过程中粉末颗粒加热温度低无需加热至融化态，不产生热应力，结合强度高，对金属零部件基体基本无影响。较低的工艺温度(低于喷涂材料的熔点)可以避免喷涂过程中金属粒子的氧化及晶粒长大。相对于电化学方法等，冷喷涂是一种环保的绿色涂层制备工艺。现有技术中经常在铝涂层中加入锌元素来提高涂层的致密性和防腐能力，但是最终涂层的致密性往往是由粒子在碰撞沉积过程中塑性变形量的大小来决定。因此如何进一步的能够本质提高涂层的耐磨性一直是本领域亟待解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，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：一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，方法如下：

步骤一、制备用于冷喷涂的铝锌合金粉末；

步骤二、将步骤一中制得的铝锌合金粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒；

步骤三、对基体表面进行喷砂处理以去除表面的杂质；

步骤四、采用氦气作为工作气体和载气，用喷枪将步骤二中的合金粉末喷涂至喷砂处理后的基体上；

步骤五、基体上的涂层干燥后，清洗涂层表面残留的喷丸颗粒。

优选的，铝锌合金粉末由超音速雾化法制得，其平均粒径为3～8μm，喷丸颗粒的平均粒径为50μm。

优选的，步骤三中对基体表面喷砂时，采用铁硅酸盐粒子对基体表面进行喷砂处理，喷砂方向与基体之间夹角保持在45°，然后用丙酮清洗基体表面，自然干燥。

优选的，步骤四中使用喷枪冷喷涂时，工作气体的温度保持在270～310℃，压力为0.35MPa，载气的温度为室温，压力为1.04MPa；喷枪的出口到基体表面的距离为8～16mm，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在90°，并且相对移动速度为1～3mm/s。

优选的，步骤四中冷喷涂作业在喷涂装置上完成，喷涂装置包括有可沿基体表面进行移动的喷枪，喷枪的两侧分别设置有清扫机构。

优选的，清扫机构包括有对称的铰接于喷枪两侧的第一安装架和第二安装架，第二安装架设置于清扫机构沿基体表面前进方向的一侧，固定框和第二安装架均通过铰接杆与喷枪的顶端铰接，喷枪的圆周面上位于铰接杆的下方还铰接有电动伸缩杆，电动伸缩杆的活动端分别与第一安装架、第二安装架相连，第二安装架上转动安装有第二清扫辊，第二清扫辊的圆周面上均匀的分布有呈棒状结构的毛刷条，第一安装架上转动安装有第一清扫辊，第一清扫辊的圆周面上裹有清扫棉。

优选的，清扫装置还包括有固定在支撑架顶部的工作台，工作台的顶端两侧的边缘处均固定安装有第三固定块和第四固定块，第三固定块和第四固定块之间转动连接有第二螺纹杆，其中的一个第二螺纹杆上螺纹套接有第一固定台，另外一个第二螺纹杆上螺纹套接有第二固定台，第一固定台与第二固定台之间转动连接有第一螺纹杆，第一固定台与第二固定台之间位于第一螺纹杆的两侧还固定连接有限位导向杆，第一螺纹杆上螺纹套接有滑块，两个限位导向杆均贯穿滑块，喷枪转动安装于滑块的底部。

优选的，工作台上位于喷枪的下方固定安装有基体放置槽，工作台的底部连接有锥形导料筒，基体放置槽设置于锥形导料筒顶部的开口处，并且基体放置槽的两侧与锥形导料筒顶部的开口处分别形成有缺口。

优选的，锥形导料筒底部的出料口处通过连接杆连接有固定框，固定框的顶部以及一侧呈开口结构，固定框的内部滑动安装有收集盒。

与现有技术相比，本发明提供了一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，具备以下有益效果：

(1)冷喷涂铝涂层是一种阳极性涂层，是一种良好的防护材料，能有效隔离腐蚀性介质，阻碍其与钢基体接触进而防止腐蚀。铝涂层电位较碳钢低得多，能作为牺牲阳极材料，为钢基体能够提供良好的保护作用，涂层可以生成稳定而致密的氧化膜，阻碍腐蚀介质与钢基体直接接触。同时,铝涂层也能够充当活性阳极发挥阴极保护作用，保护基体免遭腐蚀。铝涂层因其优异的性能被广泛使用。锌具有优良的电化学保护性，铝具有比锌更好的化学稳定性，锌铝复合涂层既能保留锌优良的阴极保护特点，又具有铝的化学稳定性能因此较为普遍地用于钢结构的长效防护。在铝涂层中加入锌元素不仅能提高致密性，也会提高防腐能力。喷涂材料加入锌之后会提高结合强度，并且较大的锌颗粒会对铝产生锻造效果可提高硬度进而提高耐磨损性能。

(2)本发明通过在铝和锌喷涂粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒，因其粒径较大体积较大不会到达临界速度无法沉积，因此不会污染涂层还会起到了夯实涂层的作用，不仅得到了更加致密的铝基复合涂层，还使涂层的沉积效率、硬度有所提高。

(3)本发明中的涂层制备完毕后，通过喷枪两侧的清扫机构可以将涂层表面附着的喷丸颗粒进行清除，清扫机构沿喷枪涂覆时相反的运动轨迹动作将喷丸颗粒推送至缺口处，喷丸颗粒通过缺口进入至锥形导料筒中，并且最终全部被集中收集在收集盒中。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1为本发明中喷涂装置第一种角度的结构示意图；

图2为本发明中喷涂装置第二种角度的结构示意图；

图3为本发明喷涂装置的局部结构示意图；

图4为清扫机构在喷枪上的第一角度的安装示意图；

图5为清扫机构在喷枪上的第二角度的安装示意图。

图中：1、支撑架；2、工作台；3、基体放置槽；4、缺口；5、第一固定台；6、第二固定台；7、滑块；8、清扫机构；9、第一螺纹杆；10、限位导向杆；11、第二固定块；12、第二螺纹杆；13、第三固定块；14、锥形导料筒；15、连接杆；16、固定框；17、收集盒；18、第一安装架；19、铰接杆；20、第一清扫辊；21、第二安装架；22、第二清扫辊；23、喷枪；24、喷涂孔；25、电动伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的实施方式的限制。

本实施例中公开了一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，方法如下：

采用超音速雾化法制备用于冷喷涂的铝锌合金粉末，制得的铝锌合金粉末的平均粒径为3～8μm。

将上述制得的铝锌合金粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒，喷丸颗粒的平均粒径为50μm。

采用铁硅酸盐粒子对基体表面进行喷砂处理以去除表面的杂质，喷砂方向与基体之间夹角保持在45°，然后用丙酮清洗基体表面，自然干燥。

采用氦气作为工作气体和载气，用喷枪将合金粉末喷涂至喷砂处理后的基体上，工作气体的温度保持在270～310℃，压力为0.35MPa，载气的温度为室温，压力为1.04MPa；喷枪的出口到基体表面的距离为8～16mm，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在90°，并且相对移动速度为1～3mm/s；

完成喷涂作业后，基体上的涂层干燥处理，清洗涂层表面残留的喷丸颗粒。

本申请中，冷喷枪对基体进行喷涂作业时在喷涂装置上完成，如图1-图5所示，本实施例中的喷涂装置包括有可沿基体表面进行移动的喷枪23，具体的，本申请中的工作台2固定在支撑架1，工作台2的顶端两侧的边缘处均固定安装有第三固定块11和第四固定块13，第三固定块11和第四固定块13之间转动连接有第二螺纹杆12，其中的一个第二螺纹杆12上螺纹套接有第一固定台5，另外一个第二螺纹杆12上螺纹套接有第二固定台6，第一固定台5与第二固定台6之间转动连接有第一螺纹杆9，第一固定台5与第二固定台6之间位于第一螺纹杆9的两侧还固定连接有限位导向杆10，第一螺纹杆9上螺纹套接有滑块7，两个限位导向杆10均贯穿滑块7，喷枪23转动安装于滑块7的底部，喷枪23进行喷涂作业时，工作台2上两个第三固定块11的内部均有第一驱动电机，第一驱动电机驱动第二螺纹杆12进行旋转，进而驱动第一固定台5和第二固定台6沿第二螺纹杆12轴向进行移动，而第一固定台5内部的第二驱动电机则驱动第一螺纹杆9转动，因此带动滑块7沿第一螺纹杆9的轴向进行滑动，滑块7在两个螺母丝杠副结构的配合下运动的轨迹可覆盖整个基体的表面，因此能够保证喷枪23顺利的完成喷涂作业。

工作台2上位于喷枪23的下方固定安装有基体放置槽3，在基体表面制作涂层时，首先将基体放置于基体放置槽3内部，基体的高度与基体放置槽3的深度正好相同。

喷枪23的两侧分别设置有清扫机构8，由于铝锌合金粉末中存在一定比例的大直径喷丸颗粒，喷丸颗粒因不能到达临界速度而无法沉积，因此当铝锌合金粉喷涂至基体表面后，喷丸颗粒遗留在基体表面，为了得到纯净的涂层，就需要对涂层表面残留的喷丸颗粒进行清除。工作台2的底部连接有锥形导料筒14，基体放置槽3设置于锥形导料筒14顶部的开口处，并且基体放置槽3的两侧与锥形导料筒14顶部的开口处分别形成有缺口4，清扫机构8沿涂层上移动进行清除大直径喷丸颗粒，清除掉的喷丸颗粒正好从缺口4进入至锥形导料筒14中，锥形导料筒14底部的出料口处通过连接杆15连接有固定框16，固定框16的顶部以及一侧呈开口结构，固定框16的内部滑动安装有收集盒17，最终大直径喷丸颗粒被集中收集在收集盒17中。

作为优选的实施例，本实施例中的清扫机构8包括有对称的铰接于喷枪23两侧的第一安装架18和第二安装架21，其中，第二安装架21设置于清扫机构8沿基体表面前进方向的一侧，喷枪23首先沿基体表面进行移动完成冷喷涂作业，待涂层冷却成型后，清扫机构8沿反向移动进行清扫作业，固定框16和第二安装架21均通过铰接杆19与喷枪23的顶端铰接，喷枪23的圆周面上位于铰接杆19的下方还铰接有电动伸缩杆25，电动伸缩杆25的活动端分别与第一安装架18、第二安装架21相连，第二安装架21上转动安装有第二清扫辊22，第二清扫辊22的圆周面上均匀的分布有呈棒状结构的毛刷条，第一安装架18上转动安装有第一清扫辊20，第一清扫辊20的圆周面上裹有清扫棉，喷枪23进行喷涂作业时，电动伸缩杆25处于伸长状态，第一清扫辊20和第二清扫辊22不参与工作，需要对涂层进行清扫时，两个电动伸缩杆25缩回，第一安装架18和第二安装架21均以铰接杆19为中心进行旋转，第一清扫辊20和第二清扫辊22与基体表面相接触，位于前进方向前端的第二清扫辊22由于其表面分布有毛刷条，因此第二清扫辊22用于将涂层上的喷丸颗粒扫动，使其脱离涂层表面，后方的第一清扫辊20则在清扫棉的作用下降喷丸颗粒推送至缺口4中。

本发明中的喷涂装置在使用时，滑块7在两个螺母丝杠副结构的配合下沿基体表面进行滑动，喷枪23内部的合金粉末通过喷涂孔24均匀的被喷涂至基体表面，喷枪23进行喷涂作业时，电动伸缩杆25处于伸长状态，第一清扫辊20和第二清扫辊22不参与工作，当喷涂工作完成后，滑块7沿相反的运动轨迹动作，第一安装架18和第二安装架21均以铰接杆19为中心进行旋转，第一清扫辊20和第二清扫辊22与基体表面相接触，第二清扫辊22将附着在涂层表面的喷丸颗粒剥离，随后第一清扫辊20与基体紧密接触将喷丸颗粒向前推进，直至第一清扫辊20滑动至缺口4位置处，需要说明的是，为了使第一清扫辊20能够充分的滑动至缺口4，工作台2两侧的螺母丝杠结构与缺口4之间预留有足够的空间。当第一清扫辊20滑动至缺口4，喷枪23旋转180度，第三固定块11内部的第一驱动电机继续正转驱动滑块7向前移动，而第一固定台5内部的第二驱动电机则翻转，滑块7沿第一螺纹杆9反向滑动，喷枪23继续下一工位的清理工作，喷枪23按照上述运动轨迹动作直至完成所有的清理工作。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“另一”、“又一”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，方法如下：

步骤一、制备用于冷喷涂的铝锌合金粉末；

步骤二、将步骤一中制得的铝锌合金粉末中混入一定比例的大粒径喷丸颗粒；

步骤三、对基体表面进行喷砂处理以去除表面的杂质；

步骤四、采用氦气作为工作气体和载气，用喷枪将步骤二中的合金粉末喷涂至喷砂处理后的基体上；

步骤五、基体上的涂层干燥后，清洗涂层表面残留的喷丸颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，铝锌合金粉末由超音速雾化法制得，其平均粒径为3～8μm，喷丸颗粒的平均粒径为50μm。

3.根据权利要求1所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，步骤三中对基体表面喷砂时，采用铁硅酸盐粒子对基体表面进行喷砂处理，喷砂方向与基体之间夹角保持在45°，然后用丙酮清洗基体表面，自然干燥。

4.根据权利要求1所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，步骤四中使用喷枪冷喷涂时，工作气体的温度保持在270～310℃，压力为0.35MPa，载气的温度为室温，压力为1.04MPa；喷枪的出口到基体表面的距离为8～16mm，喷枪喷射方向与基体之间夹角保持在90°，并且相对移动速度为1～3mm/s。

5.根据权利要求4所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，步骤四中冷喷涂作业在喷涂装置上完成，喷涂装置包括有可沿基体表面进行移动的喷枪(23)，喷枪(23)的两侧分别设置有清扫机构(8)。

6.根据权利要求5所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，清扫机构(8)包括有对称的铰接于喷枪(23)两侧的第一安装架(18)和第二安装架(21)，第二安装架(21)设置于清扫机构(8)沿基体表面前进方向的一侧，固定框(16)和第二安装架(21)均通过铰接杆(19)与喷枪(23)的顶端铰接，喷枪(23)的圆周面上位于铰接杆(19)的下方还铰接有电动伸缩杆(25)，电动伸缩杆(25)的活动端分别与第一安装架(18)、第二安装架(21)相连，第二安装架(21)上转动安装有第二清扫辊(22)，第二清扫辊(22)的圆周面上均匀的分布有呈棒状结构的毛刷条，第一安装架(18)上转动安装有第一清扫辊(20)，第一清扫辊(20)的圆周面上裹有清扫棉。

7.根据权利要求5或6所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，清扫装置还包括有固定在支撑架(1)顶部的工作台(2)，工作台(2)的顶端两侧的边缘处均固定安装有第三固定块(11)和第四固定块(13)，第三固定块(11)和第四固定块(13)之间转动连接有第二螺纹杆(12)，其中的一个第二螺纹杆(12)上螺纹套接有第一固定台(5)，另外一个第二螺纹杆(12)上螺纹套接有第二固定台(6)，第一固定台(5)与第二固定台(6)之间转动连接有第一螺纹杆(9)，第一固定台(5)与第二固定台(6)之间位于第一螺纹杆(9)的两侧还固定连接有限位导向杆(10)，第一螺纹杆(9)上螺纹套接有滑块(7)，两个限位导向杆(10)均贯穿滑块(7)，喷枪(23)转动安装于滑块(7)的底部。

8.根据权利要求7所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，工作台(2)上位于喷枪(23)的下方固定安装有基体放置槽(3)，工作台(2)的底部连接有锥形导料筒(14)，基体放置槽(3)设置于锥形导料筒(14)顶部的开口处，并且基体放置槽(3)的两侧与锥形导料筒(14)顶部的开口处分别形成有缺口(4)。

9.根据权利要求8所述的一种采用冷喷涂制备耐腐蚀抗磨损涂层的方法，其特征在于，锥形导料筒(14)底部的出料口处通过连接杆(15)连接有固定框(16)，固定框(16)的顶部以及一侧呈开口结构，固定框(16)的内部滑动安装有收集盒(17)。

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