CN114959546A - 一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 - Google Patents
一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114959546A CN114959546A CN202210643123.1A CN202210643123A CN114959546A CN 114959546 A CN114959546 A CN 114959546A CN 202210643123 A CN202210643123 A CN 202210643123A CN 114959546 A CN114959546 A CN 114959546A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- magnetic field
- coil
- substrate
- coating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 176
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 28
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000004519 grease Substances 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 5
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical group [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229940098458 powder spray Drugs 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 239000002355 dual-layer Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012840 feeding operation Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
- C23C4/067—Metallic material containing free particles of non-metal elements, e.g. carbon, silicon, boron, phosphorus or arsenic
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/10—Oxides, borides, carbides, nitrides or silicides; Mixtures thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
本发明提供了一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：1)按预设比例将带磁性的金属粉末与陶瓷粉末混合，得到混合粉末备用；2)对步骤1)中的混合粉末进行干燥处理；3)对基体清洗去油、干燥及喷砂处理；4)采用等离子喷涂装置对步骤2)中处理后的混合粉末采用单路送粉的方式沉积在步骤3)处理后的基体上，并且，送粉过程中在等离子喷枪外设置一个外加磁场用于对混合粉末的喷射速度进行选择加速，使混合粉末在基体上沉积成连续过渡涂层。本发明中，能确保金属层‑陶瓷层连续过渡区的与金属层、陶瓷层的结合强度，使得制备的连续喷涂涂层的截面的连续性更优，使得涂层结合强度大大提高，进而延长整个涂层的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及涂层喷涂技术领域，尤其涉及一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法。
背景技术
热喷涂技术，特别是等离子喷涂广泛应用于机械电子、化工、航空航天、核能等领域。等离子喷涂主要利用等离子体加热熔化材料并喷射到基体上，粉末粒子被惰性气体注入等离子体射流中，熔化并加速在基体上高速撞击并淬火，从而产生具有典型微观结构的涂层。热喷涂涂层结构体系历经创新发展，分为单层涂层、双层涂层、多层涂层、梯度涂层以及连续过渡涂层。相比于单层、双层、多层和梯度涂层，连续过渡涂层在涂层界面过渡区表现出更好的化学组分连续性，从而涂层力学、热学性能在界面区也呈现一定的连续性，这样的性能连续性使得涂层寿命得以极大提升。
然而，现有的等离子连续过渡涂层制备方法，一般采用双路送粉法。该方法受到高强温度场、重力场、空气流动阻力、粉末物理性质等因素的影响，使得连续过渡涂层制备难以可控，从而难以实现工业化生产。
特别对于化学、物理性质差距较大的涂层粒子，例如金属粉末与陶瓷粉末组成的复合涂层粒子，该复合涂层在进行等离子喷涂时，将金属粉末与陶瓷粉末采用双路送粉法制备连续过渡涂层时，两路熔融粉末粒子共用一个热源温度场、气压场等，使得只单单通过调整送粉角度、送气流量等因素，难以控制喷涂粉末粒子飞行轨迹连续区，使制备的连续过渡涂层的结合强度、分布均匀性等都不够理想，从而加大了连续过渡涂层的制备难度，同时，影响复合涂层的使用寿命。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其解决了现有技术中对复合材料采用等离子喷涂制备连续过渡涂层的制备方法存在涂层界面连续性、结合性不强，复合材料粒子间分布不均匀的问题。
根据本发明的实施例，一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)按预设比例将带磁性的金属粉末与陶瓷粉末混合，得到混合粉末备用；
2)对步骤1)中的混合粉末进行干燥处理；
3)对基体清洗去油、干燥及喷砂处理；
4)采用等离子喷涂装置对步骤2)中处理后的混合粉末采用单路送粉的方式沉积在步骤3)处理后的基体上，并且，送粉过程中在等离子喷枪外设置一个外加磁场用于对混合粉末的喷射速度选择性加速，使混合粉末在基体上沉积成连续过渡涂层。
本发明的技术原理为：
陶瓷粉末和金属粉末充分混合，采用单路送粉，在进行喷涂时，喷枪外附加的外加磁场能使金属粉在送粉方向上比陶瓷粉产生较大的速度差；
相等的单位时间内，熔融金属与熔融陶瓷运动粒子在垂直于等离子焰流方向上产生位移差，熔融金属粒子整体送粉范围相比陶瓷沉积范围发生偏移；
最后，正是这种偏移的出现，使得喷枪在预先设定的喷涂行径方向上，金属粒子最先沉积，形成纯的粘接层；中间混合粉末部分次后沉积，形成金属层-陶瓷层连续过渡区；陶瓷粒子最后沉积，形成纯的陶瓷层，进而得到预期的连续过渡涂层。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
先将金属粉末和陶瓷粉末混合后，再采用进行单路送粉，配合外加磁场的作用，能使金属层-陶瓷层连续过渡区的粒子分布更加均匀，便于后续的陶瓷粒子沉积，较双路送粉操作来说，能有效地减少了温度场、气压场和重力场的影响，避免熔融粉末粒子轨迹受到温度、气压和重力的影响，一定程度的解决了喷涂粉末粒子飞行轨迹连续区不可控甚至变小的问题，确保金属层-陶瓷层连续过渡区与金属层、陶瓷层的结合强度，使得制备的连续喷涂涂层的截面的连续性更优，使得涂层结合强度大大提高，进而延长整个涂层的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1制备的连续过渡涂层的金相图；
图2为实施例2制备的连续过渡涂层的金相图；
图3为实施例3制备的连续过渡涂层的金相图；
图4为实施例4制备的连续过渡涂层的金相图；
图5为对比实施列1制备的双路送粉连续过渡涂层的金相图；
图6为本发明非均匀磁场模型方案图；
图7为本发明喷枪、亥姆霍兹非均匀磁场线圈与喷涂方向的一种位置关系图。
图示：10、喷枪；11、单路送粉管；12、亥姆霍兹非均匀磁场线圈；13、基体；14、金属层；15、连续过渡涂层；16、陶瓷层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
实施例1
一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)材料准备：金属粉末采用质量比87：13的Fe粉末和Cr粉末组成(Fe13Cr)，陶瓷粉末选用YSZ陶瓷粉末。
2)将金属粉末与陶瓷粉末分别进行过筛处理，选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末。
3)将符合要求的金属粉末与陶瓷粉末按照质量比为0.2:0.8进行混合，金属粉末与陶瓷粉末采用玻璃棒充分搅拌混合均与，得到混合粉末备用。
4)将步骤3)中的混合粉末放入烘干机内进行干燥处理，控制烘干温度为100℃，烘干时间为20min，粉末干燥之后，可以大大提高粉末的流动性，增加喷涂的沉积率，提高涂层的致密性。
5)基体处理：
(1)清洗去油：将基体放入无水乙醇或者丙酮溶液中超声震荡5分钟，去除污垢和油脂；
(2)干燥：对清洗去油处理后的基体采用吹风机干燥；
(3)喷砂：对干燥处理的基体采用喷砂机对基体的待喷涂面的喷砂处理，且喷砂机的石英砂粒径为10～40目。
6)喷涂前准备：
在喷涂前，在等离子喷涂设备的喷枪10外设置亥姆霍兹非均匀磁场线圈12，如图6、7所示，所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈由平行且间隔布设的小半径线圈与大半径线圈组成；选取亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈半径包括如下范围：
小半径线圈半径：25mm，大半径线圈半径：120mm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心磁场强度包括如下范围：
小半径线圈中心磁场强度：550mT，大半径线圈中心磁场强度：275mT；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的正向上磁场强度梯度为2500mT/m；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场宽度为20cm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场电源功率范围为1000W。
7)喷涂：
(1)等离子弧准备：等离子喷涂设备的冷却循环水、供气气体、电源进入喷涂准备状态，待确定进行喷涂作业时，调节等离子喷涂设备电流、工作气流量以及功率等参数，达到所要求的参数后，等待送粉喷涂；
(2)送粉：打开亥姆霍兹非均匀磁场线圈12加速器开关，打开送粉器送粉开关，进行加速送粉；
(3)喷涂：如图7所示，将基体13竖直设置，喷枪10水平喷射，喷枪10喷出的等离子火焰水平喷射，并将单路送粉管11内的混合金属粒子与陶瓷离职进行熔融喷涂，将亥姆霍兹非均匀磁场线圈12设置在喷枪10的左侧，使得喷枪10中心线、亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心线及喷枪10的移动方向共面设置。依据熔融金属与熔融陶瓷运动粒子在垂直于等离子焰流方向上产生位移差，选择自下而上或自上而下的喷涂移动方向的作业。亥姆霍兹非均匀磁场线圈12用于选择性控制混合粉末的喷射路径，使混合粉末在基体13上沉积成如图7所示的涂层结构，与基体13接触的为金属层14，与金属层14接触的为连续过渡涂层15，与连续过渡涂层15接触的陶瓷层16。由本实施例制备的连续过渡涂层15的金相图如图1所示。
其中，等离子喷涂的技术参数：喷枪10与机体的距离为10cm；喷枪10自下向上移动或自上向下移动；喷枪10的移动速度为50mm/min；送粉速率为20g/min；送粉气流为5L/min；电流为300A；主气成分为氩气或氮气，流量为25L/min；次气成分为氢气，流量范围为1.5L/min。
实施例2
一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)材料准备：金属粉末采用质量比60：20的Ni粉末和Cr粉末组成，陶瓷粉末选用YSZ陶瓷粉末。
2)将金属粉末与陶瓷粉末分别进行过筛处理，选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末。
3)将符合要求的金属粉末与陶瓷粉末按照质量比为0.3:0.7进行混合，金属粉末与陶瓷粉末采用玻璃棒充分搅拌混合均与，得到混合粉末备用。
4)将步骤3)中的混合粉末放入烘干机内进行干燥处理，控制烘干温度为100℃，烘干时间为20min，粉末干燥之后，可以大大提高粉末的流动性，增加喷涂的沉积率，提高涂层的致密性。
5)基体处理：
(1)清洗去油：将基体13放入无水乙醇或者丙酮溶液中超声震荡8分钟，去除污垢和油脂；
(2)干燥：对清洗去油处理后的基体采用吹风机干燥；
(3)喷砂：对干燥处理的基体采用喷砂机对基体的待喷涂面的喷砂处理，且喷砂机的石英砂粒径为10～40目。
6)喷涂前准备：
在喷涂前，在等离子喷涂设备的喷枪10外设置亥姆霍兹非均匀磁场线圈12，如图6、7所示，所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈由平行且间隔布设的小半径线圈与大半径线圈组成；选取亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈半径包括如下范围：
小半径线圈半径：35mm，大半径线圈半径：120mm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心磁场强度包括如下范围：
小半径线圈中心磁场强度：550mT，大半径线圈中心磁场强度：275mT；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的正向上磁场强度梯度为2200mT/m；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场宽度为20cm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场电源功率范围为1000W。
7)喷涂：
(1)等离子弧准备：等离子喷涂设备的冷却循环水、供气气体、电源进入喷涂准备状态，待确定进行喷涂作业时，调节等离子喷涂设备电流、工作气流量以及功率等参数，达到所要求的参数后，等待送粉喷涂；
(2)送粉：打开亥姆霍兹非均匀磁场线圈12加速器开关，打开送粉器送粉开关，进行加速送粉；
(3)喷涂：如图7所示，将基体13竖直设置，喷枪10水平喷射，喷枪10喷出的等离子火焰水平喷射，并将单路送粉管11内的混合金属粒子与陶瓷离职进行熔融喷涂，将亥姆霍兹非均匀磁场线圈12设置在喷枪10的左侧，使得喷枪10中心线、亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心线及喷枪10的移动方向共面设置。依据熔融金属与熔融陶瓷运动粒子在垂直于等离子焰流方向上产生位移差，选择自下而上或自上而下的喷涂移动方向的作业。亥姆霍兹非均匀磁场线圈12用于选择性控制混合粉末的喷射路径，使混合粉末在基体13上沉积成如图7所示的涂层结构，与基体13接触的为金属层14，与金属层14接触的为连续过渡涂层15，与连续过渡涂层15接触的陶瓷层16。由本实施例制备的连续过渡涂层15的金相图如图2所示。
其中，等离子喷涂的技术参数：喷枪10与机体的距离为8cm；喷枪10自下向上移动或自上向下移动；喷枪10的移动速度为60mm/min；送粉速率为40g/min；送粉气流为6L/min；电流为400A；主气成分为氩气或氮气，流量为30L/min；次气成分为氢气，流量范围为3L/min。
实施例3
一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)材料准备：金属粉末采用质量比1：1的Fe粉末和Ni粉末组成，陶瓷粉末选用YSZ陶瓷粉末。
2)将金属粉末与陶瓷粉末分别进行过筛处理，选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末。
3)将符合要求的金属粉末与陶瓷粉末按照质量比为0.4:0.6进行混合，金属粉末与陶瓷粉末采用玻璃棒充分搅拌混合均与，得到混合粉末备用。
4)将步骤3)中的混合粉末放入烘干机内进行干燥处理，控制烘干温度为100℃，烘干时间为20min，粉末干燥之后，可以大大提高粉末的流动性，增加喷涂的沉积率，提高涂层的致密性。
5)基体处理：
(1)清洗去油：将基体放入无水乙醇或者丙酮溶液中超声震荡10分钟，去除污垢和油脂；
(2)干燥：对清洗去油处理后的基体采用吹风机干燥；
(3)喷砂：对干燥处理的基体采用喷砂机对基体13的待喷涂面的喷砂处理，且喷砂机的石英砂粒径为10～40目。
6)喷涂前准备：
在喷涂前，在等离子喷涂设备的喷枪10外设置亥姆霍兹非均匀磁场线圈12，如图6、7所示，所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈由平行且间隔布设的小半径线圈与大半径线圈组成；选取亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈半径包括如下范围：
小半径线圈半径：45mm，大半径线圈半径：120mm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心磁场强度包括如下范围：
小半径线圈中心磁场强度：550mT，大半径线圈中心磁场强度：275mT；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的正向上磁场强度梯度为1950mT/m；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场宽度为20cm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场电源功率范围为1000W。
7)喷涂：
(1)等离子弧准备：等离子喷涂设备的冷却循环水、供气气体、电源进入喷涂准备状态，待确定进行喷涂作业时，调节等离子喷涂设备电流、工作气流量以及功率等参数，达到所要求的参数后，等待送粉喷涂；
(2)送粉：打开亥姆霍兹非均匀磁场线圈12加速器开关，打开送粉器送粉开关，进行加速送粉；
(3)喷涂：如图7所示，将基体13竖直设置，喷枪10水平喷射，喷枪10喷出的等离子火焰水平喷射，并将单路送粉管11内的混合金属粒子与陶瓷离职进行熔融喷涂，将亥姆霍兹非均匀磁场线圈12设置在喷枪10的左侧，使得喷枪10中心线、亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心线及喷枪10的移动方向共面设置。依据熔融金属与熔融陶瓷运动粒子在垂直于等离子焰流方向上产生位移差，选择自下而上或自上而下的喷涂移动方向的作业。亥姆霍兹非均匀磁场线圈12用于选择性控制混合粉末的喷射路径，使混合粉末在基体13上沉积成如图7所示的涂层结构，与基体13接触的为金属层14，与金属层14接触的为连续过渡涂层15，与连续过渡涂层15接触的陶瓷层16。由本实施例制备的连续过渡涂层15的金相图如图3所示。
其中，等离子喷涂的技术参数：喷枪10与机体的距离为12cm；喷枪10自下向上移动或自上向下移动；喷枪10的移动速度为80mm/min；送粉速率为40g/min；送粉气流为10L/min；电流为600A；主气成分为氩气或氮气，流量为25L/min；次气成分为氢气，流量范围为4.5L/min。
实施例4
一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，包括如下步骤：
1)材料准备：金属粉末采用质量比1：1：1的Fe粉末、Cr粉末、Ni粉末组成，陶瓷粉末选用YSZ陶瓷粉末。
2)将金属粉末与陶瓷粉末分别进行过筛处理，选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末。
3)将符合要求的金属粉末与陶瓷粉末按照质量比为0.5:0.5进行混合，金属粉末与陶瓷粉末采用玻璃棒充分搅拌混合均与，得到混合粉末备用。
4)将步骤3)中的混合粉末放入烘干机内进行干燥处理，控制烘干温度为100℃，烘干时间为20min，粉末干燥之后，可以大大提高粉末的流动性，增加喷涂的沉积率，提高涂层的致密性。
5)基体处理：
(1)清洗去油：将基体放入无水乙醇或者丙酮溶液中超声震荡5分钟，去除污垢和油脂；
(2)干燥：对清洗去油处理后的基体13采用吹风机干燥；
(3)喷砂：对干燥处理的基体采用喷砂机对基体的待喷涂面的喷砂处理，且喷砂机的石英砂粒径为10～40目。
6)喷涂前准备：
在喷涂前，在等离子喷涂设备的喷枪10外设置亥姆霍兹非均匀磁场线圈12，如图6、7所示，所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈由平行且间隔布设的小半径线圈与大半径线圈组成；选取亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速线圈半径包括如下范围：
小半径线圈半径：55mm，大半径线圈半径：120mm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心磁场强度包括如下范围：
小半径线圈中心磁场强度：550mT，大半径线圈中心磁场强度：275mT；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的正向上磁场强度梯度为1600mT/m；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场宽度为20cm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的加速磁场电源功率范围为1000W。
7)喷涂：
(1)等离子弧准备：等离子喷涂设备的冷却循环水、供气气体、电源进入喷涂准备状态，待确定进行喷涂作业时，调节等离子喷涂设备电流、工作气流量以及功率等参数，达到所要求的参数后，等待送粉喷涂；
(2)送粉：打开亥姆霍兹非均匀磁场线圈12加速器开关，打开送粉器送粉开关，进行加速送粉；
(3)喷涂：如图7所示，将基体13竖直设置，喷枪10水平喷射，喷枪10喷出的等离子火焰水平喷射，并将单路送粉管11内的混合金属粒子与陶瓷离职进行熔融喷涂，将亥姆霍兹非均匀磁场线圈12设置在喷枪10的左侧，使得喷枪10中心线、亥姆霍兹非均匀磁场线圈12的中心线及喷枪10的移动方向共面设置。依据熔融金属与熔融陶瓷运动粒子在垂直于等离子焰流方向上产生位移差，选择自下而上或自上而下的喷涂移动方向的作业。亥姆霍兹非均匀磁场线圈12用于选择性控制混合粉末的喷射路径，使混合粉末在基体13上沉积成如图7所示的涂层结构，与基体13接触的为金属层14，与金属层14接触的为连续4所示。
其中，等离子喷涂的技术参数：喷枪10与机体的距离为13cm；喷枪10自下向上移动或自上向下移动；喷枪10的移动速度为100mm/min；送粉速率为50g/min；送粉气流为15L/min；电流为800A；主气成分为氩气或氮气，流量为60L/min；次气成分为氢气，流量范围为8L/min。
对比实施例1
采用双路送粉工艺，其具体步骤如下：
1)材料准备：金属粉末采用质量比87：13的Fe粉末和Cr粉末组成(Fe13Cr)，陶瓷粉末选用YSZ陶瓷粉末。
2)将金属粉末与陶瓷粉末分别进行过筛处理，选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末。
3)将符合要求的金属粉末与陶瓷粉末按照质量比为0.2:0.8分别称取，备用。。
4)将分别选取粉末粒径分布在10～50μm的金属粉末和陶瓷粉末在烘干机内进行烘干，烘干温度为100℃，烘干时间为20min。
5)对基体进行5分钟的无水乙醇或丙酮溶液超声震荡清洗；吹风机吹干；通过喷砂机10～40目石英砂进行待喷涂面的喷砂处理，此时喷砂后的喷涂面处于活化状态，之后尽可能快的进行喷涂处理；
6)采用等离子喷涂装置对步骤4)中处理后的粉末采用双路送粉的方式沉积在步骤5)处理后的基体上，具体采用：送粉器双罐送粉，金属粉喷枪内孔送粉，陶瓷粉喷枪外送粉(垂直中心偏移角度10～45°)，调整喷枪行经路线，使金属粉先沉积，混粉区域次后沉积，陶瓷粉最后沉积。双路送粉粉末在基体13上沉积成的连续涂层的金相图如图5所示。其中，等离子喷涂过程中，等离子喷涂设备的设置参数与实施例1中的设置参数相同。
效果说明：
通过图1-4与图5进行比较可看出，通过本方法制备的连续过渡涂层15的截面的成分连续性更好，使得涂层结合强度大大提高，增强连续过渡涂层15的连接强度，进而延长整个涂层的使用寿命。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)按预设比例将带磁性的金属粉末与陶瓷粉末混合，得到混合粉末备用；
2)对步骤1)中的混合粉末进行干燥处理；
3)对基体清洗去油、干燥及喷砂处理；
4)采用等离子喷涂装置对步骤2)中处理后的混合粉末采用单路送粉的方式沉积在步骤3)处理后的基体上，并且，送粉过程中在等离子喷枪外设置一个外加磁场用于对混合粉末的喷射路径选择性加速，使混合粉末在基体上沉积成连续过渡涂层。
2.如权利要求1所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述外加磁场包括亥姆霍兹非均匀磁场线圈，所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈的加速线圈由平行且间隔布设的小半径线圈与大半径线圈组成。
3.如权利要求2所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈的加速线圈半径包括如下范围：
小半径线圈半径：25～55mm，大半径线圈半径：120mm；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈的中心磁场强度包括如下范围：
小半径线圈中心磁场强度：550mT，大半径线圈中心磁场强度：275mT；
所述亥姆霍兹非均匀磁场线圈的正向上磁场强度梯度为1600mT/m～2500mT/m。
4.如权利要求1所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中，金属粉末与陶瓷粉末的质量比为0.25～1：1；所述金属粉末与陶瓷粉末的粒径为10～50μm；且金属粉末与陶瓷粉末用玻璃棒或球磨混粉机器充分搅拌。
5.如权利要求1或4所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：步骤2)中，混合粉末用烘干机进行干燥处理，烘干机温度为100℃，烘干时间为20min。
6.如权利要求1所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：步骤3)中，基体的处理包括如下步骤：
(1)清洗去油：将基体放入无水乙醇或者丙酮溶液中超声震荡5～10分钟，去除污垢和油脂；
(2)干燥：对清洗去油处理后的基体采用吹风机干燥；
(3)喷砂：对干燥处理的基体采用喷砂机对基体的待喷涂面的喷砂处理，且喷砂机的石英砂粒径为10～40目。
7.如权利要求1所述的一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法，其特征在于：步骤4)中等离子喷涂的技术参数：喷枪与待喷涂基体的距离为8～13cm；喷枪自下向上移动或自上向下移动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210643123.1A CN114959546A (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210643123.1A CN114959546A (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114959546A true CN114959546A (zh) | 2022-08-30 |
Family
ID=82961472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210643123.1A Pending CN114959546A (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114959546A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002069603A (ja) * | 2000-09-01 | 2002-03-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電磁加速プラズマによる溶射方法及び装置 |
| CN108866470A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-23 | 扬州睿德石油机械有限公司 | 一种大气等离子喷涂合金-陶瓷层状涂层的制备方法 |
| CN109937613A (zh) * | 2016-11-10 | 2019-06-25 | 东京毅力科创株式会社 | 等离子体喷镀装置和喷镀控制方法 |
| CN110468367A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 基于等离子喷涂和冷喷涂技术的ic装备关键零部件表面防护涂层的制备方法 |
| CN112176272A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-05 | 西南科技大学 | 一种等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层的方法 |
| CN114293130A (zh) * | 2021-07-07 | 2022-04-08 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 铁基涂层的制备方法、工件的制备方法及装置 |
| CN114293131A (zh) * | 2021-07-07 | 2022-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 镍基涂层的制备方法、工件的制备方法及装置 |
-
2022
- 2022-06-09 CN CN202210643123.1A patent/CN114959546A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002069603A (ja) * | 2000-09-01 | 2002-03-08 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 電磁加速プラズマによる溶射方法及び装置 |
| CN109937613A (zh) * | 2016-11-10 | 2019-06-25 | 东京毅力科创株式会社 | 等离子体喷镀装置和喷镀控制方法 |
| CN108866470A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-23 | 扬州睿德石油机械有限公司 | 一种大气等离子喷涂合金-陶瓷层状涂层的制备方法 |
| CN110468367A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-19 | 中国科学院金属研究所 | 基于等离子喷涂和冷喷涂技术的ic装备关键零部件表面防护涂层的制备方法 |
| CN112176272A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-05 | 西南科技大学 | 一种等离子喷涂制备羟基磷灰石涂层的方法 |
| CN114293130A (zh) * | 2021-07-07 | 2022-04-08 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 铁基涂层的制备方法、工件的制备方法及装置 |
| CN114293131A (zh) * | 2021-07-07 | 2022-04-08 | 哈尔滨工业大学 | 镍基涂层的制备方法、工件的制备方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4853250A (en) | Process of depositing particulate material on a substrate | |
| US5043548A (en) | Axial flow laser plasma spraying | |
| US5744777A (en) | Small particle plasma spray apparatus, method and coated article | |
| US6322856B1 (en) | Power injection for plasma thermal spraying | |
| US5225656A (en) | Injection tube for powder melting apparatus | |
| CN102758186B (zh) | 一种电弧离子镀设备 | |
| CN204449311U (zh) | 用于制备细粒径低氧球形钛及钛合金粉末的装置 | |
| CN107557737A (zh) | 一种制备管状靶材的方法 | |
| US6372298B1 (en) | High deposition rate thermal spray using plasma transferred wire arc | |
| JPH06501131A (ja) | 高速アーク溶射装置および溶射方法 | |
| CN109837497A (zh) | 一种中心同轴送粉式超音速激光喷涂方法 | |
| CN106498350A (zh) | 硅铝溅射靶材的制备方法 | |
| US7556695B2 (en) | Apparatus to make nanolaminate thermal barrier coatings | |
| Shahien et al. | Low power consumption suspension plasma spray system for ceramic coating deposition | |
| CN105908047B (zh) | 一种钛铝硅钽合金材料及其制备方法 | |
| CN111893336B (zh) | 一种钛合金复合材料的制备装置及制备方法 | |
| TWI677589B (zh) | 一種濺射靶材的製備方法 | |
| CN114959546A (zh) | 一种单路送粉的连续过渡涂层的制备方法 | |
| KR20210086194A (ko) | 플라즈마 분말 증착 장치 및 그를 이용한 증착 방법 | |
| CN108866468A (zh) | 一种金属粉末热喷镀工艺 | |
| CN106167889B (zh) | 一种合金钢表面涂层熔覆方法 | |
| CN112658271A (zh) | 一种高效复合式气雾化制粉装置及方法 | |
| WO2024000919A1 (zh) | 高球形度及低氧增量钛或钛合金粉末的制备方法及系统 | |
| CN108480156A (zh) | 一种喷涂方法及喷枪 | |
| CN203554776U (zh) | 用于等离子体涂层的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220830 |