CN114713473A - 一种热喷涂涂层封孔的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涂层防护技术领域，具体涉及一种热喷涂涂层封孔的方法，所述方法包括用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25‑45℃，将封孔剂均匀涂抹于工件。当环境湿度大于70％时，需要在20分钟内封孔，否则重新进行烘干。当环境湿度小于70％，需要在40分钟内封孔，否则重新进行烘干。将封孔剂均匀涂抹于工件后，如果是圆形工件，在10±5rpm的转速转动下均匀转动，固化2～4小时，如果是平面形工件，将封孔面朝上，静置固化2～3小时。本发明提供了在不同工件温度、空气湿度和封孔时间下采取不同的封孔工艺，确保了封孔剂的封孔均匀性、封孔深度，提升了封孔效果。
Description
技术领域
本发明属于涂层防护技术领域，具体涉及一种热喷涂涂层封孔的方法。
背景技术
热喷涂作为制备防护涂层的一种，能够使基体材料获得其所不具备的优异性能，如耐磨、耐腐蚀、抗高温等性能，从而大大提高装备整体使用寿命，或应用于以前无法应用的工况当中。但由于热喷涂技术本身具有多孔性，即便是孔隙率达到了1％以下的极低水平，也不能保证在恶略工况下的使用过程中，水汽和油渍等污染物的通过孔洞慢慢进入到基体，从而使基体发生腐蚀。
一般情况下，采用封孔剂封孔的方式，来封闭热喷涂涂层内的微小孔隙，从而达到耐腐蚀性能提升的目的。例如，传统封孔采用负压喷涂的方式和普通毛刷刷涂的方式把封孔剂喷到工件表面。但一般封孔剂和封孔方式无法渗透很深，只有0.05mm左右的深度，在后续磨削加工过程中，容易把封孔剂层磨掉。
本发明对封孔温度进行了严格限制，主要因为封孔温度对封孔效果有巨大的影响：温度过高，会造成封孔剂的凝固过快，减少了封孔剂的渗透时间，影响封孔深度。温度过低，一方面增加辊面结露的风险，使封孔剂酸化，影响其耐腐蚀性能；另一方面增大封孔剂固化时间，大大降低封孔效率。。此外，传统封孔工艺对转速没有要求，有时甚至不转动。辊筒类工件封孔后，如果不转动，会造成朝向地面的底部封孔效果差；如果转动过快，则离心力变大，封孔剂无法渗透进入涂层内部，渗透层浅，无法达到要求。同时空气湿度也是影响封孔剂和封孔工艺的重要指标。在本专利控制的以上条件区间内，封孔剂具有最佳的流动性和凝固性能，达到最大的渗透性。
传统封孔工艺和方式对上述核心因素没有考虑，对其危害不加限制，可能产生以下损害情况：
1.对渗透性影响大，渗透层只有0.02-0.08mm；
2.可能把水气封闭在孔隙内部，形成基体腐蚀的隐患，增大涂层鼓泡、剥落的概率。
3.水气或结露使得封孔剂酸化，进而对工件产生腐蚀。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种热喷涂涂层封孔的方法。本发明封孔方式操作简单、实用性强，适用于等离子喷涂、超音速火焰喷涂、常规火焰喷涂、丝材喷涂、抵押等离子喷涂、LPPS喷涂等多种喷涂形式的涂层后处理中。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种热喷涂涂层封孔的方法，用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25-45℃，将封孔剂均匀涂抹于工件。
作为一种优选的技术方案，冷却至25-45℃，将封孔剂均匀涂抹于工件。此处温度需要保持一定的恒定，例如，在40～45℃、30～35℃、25～30℃的范围温度下进行操作，在涂抹封孔剂时，温度不能波动太高，会影响其渗透效果。
特别地，当环境湿度大于70％时，需要在20分钟内封孔，否则需在2小时内重新进行烘干。环境湿度小于70％，需要在40分钟内封孔，否则需在6小时内重新进行烘干。
作为一种优选的技术方案，将封孔剂均匀涂抹于工件后，如果是圆形工件，在10±5rpm的转速转动下均匀转动，固化2～4小时，平面形工件，将封孔面朝上，静置固化2～3小时。
作为一种优选的技术方案，将封孔剂均匀涂抹于工件后，可以用烘干的方法加速固化，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，固化时间为20-40分钟。
当温度高于45℃情况下，会让封孔剂加速凝固，影响渗透深度，甚至只在表面进行凝固。当后续磨加工时，使得封孔剂被磨掉，从而失去封孔剂的保护。当温度低于25℃时，会在辊胚产生结露或吸潮情况，这会使涂层进入水气，造成腐蚀开裂的风险；同时封孔剂会和结露发生反应，造成封孔剂酸化，进而使得封孔剂也具有腐蚀性能，无法使用。
空气湿度是影响封孔剂和封孔工艺的重要指标。本发明通过大量验证，确认空气湿度对工艺和封孔剂的影响，如封孔剂的吸湿性、结露的渗透性等都会对封孔结果产生影响，必须加以控制。本发明强调了在不同空气湿度下采取不同的封孔工艺，进一步确保了封孔剂的封孔深度和封孔效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明相对于传统封孔的方式，具有更好的渗透性，渗透深度能达到0.3mm以上，是传统封孔方式的4倍以上。同时，本发明专利有效的避免了水气干扰，减小微孔腐蚀和酸化腐蚀的风险，大大提高封孔功效，延长工件使用寿命。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行制备。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下涂层制备工艺均采用相同的热喷涂进行涂层处理。有机硅树脂购自广东中蓝硅氟新材料有限公司。
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度98℃，工件达到71℃后冷却至40℃～45℃时，环境湿度为65％，40分钟内，采用ZL560硅树脂封孔剂进行封孔操作，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉落在工件上。对于圆形工件，在8rpm的转速转动下，固化时间为4小时。对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化3小时。
实施例2
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度103℃，工件达到71℃后冷却至25℃～30℃的范围内，环境湿度为85％，20分钟内，采用ZL560硅树脂作为封孔剂，把适量的封孔剂倒入干净纸杯中，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉在工件上。对于圆形工件，在15rpm的转速转动下固化，对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化，使用烘干机在100±10℃均匀烘干的情况下，固化时间均为30min。
实施例3
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度108℃，工件达到78℃后冷却至30℃～35℃的范围内，环境湿度为65％，存放5个小时重新烘干，冷却后40分钟内，采用ZL560硅树脂作为封孔剂，把适量的封孔剂倒入干净纸杯中，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉在工件上。对于圆形工件，在10rpm的转速转动下固化，对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化，使用烘干机在100±10℃均匀烘干的情况下，固化时间为30min。
重新烘干的处理为：用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25-45℃。
实施例4
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度103℃，工件达到75℃后冷却至25℃～30℃的范围内，环境湿度为85％，存放1个小时重新烘干，冷却后20分钟内，采用ZL560硅树脂作为封孔剂，把适量的封孔剂倒入干净纸杯中，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉在工件上。对于圆形工件，在15rpm的转速转动下固化，对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化，使用烘干机在100±10℃均匀烘干的情况下，固化时间均为30min。
重新烘干的处理为：用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25-45℃。
对比例1
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：采用ZL560硅树脂作为封孔剂，在工件温度为55℃～60℃的范围内，按照实施例1的操作将封孔剂均匀涂抹。涂抹后按照实施例2的方法进行烘干固化。
对比例2
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：采用ZL560硅树脂作为封孔剂，在工件温度为15±2℃的范围内，按照实施例1的操作将封孔剂均匀涂抹。涂抹后按照实施例2的方法进行烘干固化。
对比例3
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度101℃，工件达到72℃后冷却至25℃～30℃时，在湿度为65％的环境下，55分钟后，采用ZL560硅树脂封孔剂，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉落在工件上。对于圆形工件，在8rpm的转速转动下，固化时间为2-4小时。对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化2-3小时。使用烘干机在100±10℃均匀烘干的情况下，固化时间为20min-40min分钟。
对比例4
一种涂层封孔方法，具体包括如下处理：烘干机出口风温度105℃，工件达到74℃后冷却至25℃～30℃时，在湿度为85％的环境下，35分钟后，采用Dichtol WFT(1546)硅树脂封孔剂，用干净的毛刷把封孔剂均匀涂抹在工件上，且要防止毛刷上的毛掉落在工件上。对于圆形工件，在8rpm的转速转动下，固化时间为2-4小时。对于平面形工件，需封孔面朝上静置固化2-3小时。使用烘干机在100±10℃均匀烘干的情况下，固化时间为20min-40min分钟。
以下为实施例及对比例的封孔效果对比图，具体见表1所示：
表1
| 涂层基体 | 喷涂厚度(mm) | 封孔后深度(mm) | |
| 实施例1 | 304不锈钢 | 0.38 | 0.33 |
| 实施例2 | 304不锈钢 | 0.35 | 0.34 |
| 实施例3 | 45#钢 | 0.40 | 0.36 |
| 实施例4 | 316不锈钢 | 0.34 | 0.33 |
| 对比例1 | 45#钢 | 0.44 | 0.09 |
| 对比例2 | 45#钢 | 0.32 | 0.14 |
| 对比例3 | 45#钢 | 0.28 | 0.11 |
| 对比例4 | 304不锈钢 | 0.36 | 0.07 |
应用例1：涂层剥落或鼓泡对比
采用实施例1的工件，对喷涂完成的氧化铬涂层进行封孔。氧化铬涂层孔隙率约为3-4％，硬度为Hv0.31300。采用实施例1的封孔工艺后，氧化铬涂层平均使用时长长达25个月，至今未收到涂层剥落或鼓泡的投诉。
应用例2：涂层使用寿命
采用本实施例1的封孔工艺，对喷涂完成的氧化铝涂层进行封孔。氧化铝涂层孔隙率约为3％，硬度为Hv0.3850。在喷涂完成之后，进行本发明封孔工艺进行封孔，再进行磨削加工。磨削厚度为0.05-0.06mm，再进行抛光处理。测涂层的电阻率＞5GΩ，较之前提升了近10倍。涂层寿命提高到了3年以上，较之前提升了2倍以上。
应用例3：涂层使用寿命和腐蚀情况
采用本实施例1的封孔工艺，对喷涂完成的碳化钨涂层进行封孔。碳化钨涂层的孔隙率为0.3％，硬度为Hv0.31100以上。采用本发明专利在喷涂后进行封孔处理，再进行磨削加工。经过该处理的工件可以在海洋环境下工作超过1000小时以上，大大超过了设计标准。而未采用该工艺的碳化钨涂层，约几十个小时即发生涂层腐蚀剥落，所以无法在海洋环境下工作。
对比应用例1：涂层剥落或鼓泡对比
采用本对比例1的封孔工艺，对喷涂完成的氧化铬涂层进行封孔。氧化铬涂层孔隙率约为3-4％，硬度为Hv0.31300。在喷涂完成之后，立即进行传统工艺进行封孔，再进行磨削加工。由于温度过高，封孔剂加速凝固，影响渗透深度，磨削厚度为0.06-0.08mm。此时，剩余的封孔层厚度很小，有些甚至已经把封孔层厚度完全磨掉，涂层再次失去封孔剂的保护。以此状态交付客户，1年内出现涂层鼓泡、剥落的质量事故高达26.8％。
对比应用例2：
对比例2封孔工艺中，当工件温度较低时，会在辊胚产生结露或吸潮情况，使涂层进入水气，造成腐蚀开裂的风险；同时封孔剂会和结露发生反应，造成封孔剂酸化，进而使得封孔剂也具有腐蚀性能，无法使用。
对比应用例3和对比应用例4：
分别采用对比例3和对比例4的封孔工艺，由于水汽等原因，对喷涂完成的氧化铬涂层进行封孔后，1年内出现涂层鼓泡、剥落的质量事故分别高达35.7％和45.2％。
本发明的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本发明技术方案的所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于，用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25-45℃时，将封孔剂均匀涂抹于工件进行封孔。
2.根据权利要求1所述热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于，烘干冷却后，当环境湿度大于70％时，在20分钟内封孔，否则需在2小时内重新进行烘干；环境湿度小于70％，在40分钟内封孔，否则需在6小时内重新进行烘干。
3.根据权利要求2所述热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于，重新烘干的处理为：用热风干机对工件进行烘干，烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，冷却至25-45℃。
4.根据权利要求2所述热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于将封孔剂均匀涂抹于工件后，如果是圆形工件，在10±5rpm的转速转动下均匀转动，固化2～4小时；如果是平面形工件，将封孔面朝上，静置固化2～3小时。
5.根据权利要求1所述热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于，将封孔剂均匀涂抹于工件后，可以用烘干的方法加速固化：烘干机出口温度为100±10℃，工件温度达到70℃以上，固化时间为20-40分钟。
6.根据权利要求1所述热喷涂涂层封孔的方法，其特征在于，封孔剂为有机硅树脂封孔剂。
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