CN116426859A - 一种工件表面防腐涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工件表面防腐涂层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：对待加工的基体表面进行清理；对清理后的基体表面进行喷砂粗化处理；采用Ni‑Cr‑Si‑B复合粉末进行涂层制备，通过燃烧喷涂气体，对待加工的基体表面进行喷涂，直至完成涂层加工。通过利用爆炸喷涂工艺将Ni‑Cr‑Si‑B粉末制备成高致密性防腐涂层。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料的防腐领域，具体为一种工件表面防腐涂层的制备方法。
背景技术
燃气轮机是海军舰船的主要动力装置，该动力装置的关键部件的防腐对其服役期限长短及性能起着重要的作用，燃气轮机中共存在多个铁基变形高温合金构成的零部件，对于该类金属的防腐研究尤为必要。
目前，各型号燃气轮机要求在燃烧室部件喷涂焊料Ni82CrSiB，喷涂方法为等离子喷涂，等离子喷涂制备的Ni-Cr-Si-B涂层孔隙率较大，结合强度偏低约为20MPa左右，喷涂后需在1030℃左右进行热处理以使Ni-Cr-Si-B涂层重熔减小涂层孔隙率，并与基体材料产生浅层扩散层提高结合力，才能够满足发动机零件防腐及其可靠性要求，而发动机零组件大多是由多种材料组合而成，喷涂后热处理给部分零件整体工艺流程安排带来很大的限制和不便。
因此需要一种普适性的防腐涂层制备方法来解决现有工艺的局限性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种工件表面防腐涂层的制备方法，通过利用爆炸喷涂工艺将Ni-Cr-Si-B粉末制备成高致密性防腐涂层。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种工件表面防腐涂层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
对待加工的基体表面进行清理；
对清理后的基体表面进行喷砂粗化处理；
采用Ni-Cr-Si-B复合粉末进行涂层制备，通过燃烧喷涂气体，对待加工的基体表面进行喷涂，直至完成涂层加工。
进一步的，在加工开始前，对非加工表面进行防护；其中，防护通过使用工装或耐温胶带进行遮蔽。
进一步的，所述喷砂粗化处理采用氧化铝砂作为喷砂介质，风压采用0.10-0.20MPa，吹砂后表面平均粗糙度Ra2-4μm。
进一步的，表面进行清理采用丙酮或者汽油。
进一步的，采用乙炔、丙烷与氧气作为燃烧喷涂气体。
进一步的，喷涂中，乙炔的压力为1.0bar-1.2bar，丙烷的压力为0.7bar-2.0bar，氧气的压力为0.7bar-2.0bar；采用氮气或氩气作为Ni-Cr-Si-B复合粉末的喂料载气。
进一步的，喷涂中，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-53ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-43ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-53ms。
进一步的，喷涂中，喷涂距离为180mm～220mm，爆炸频率2-10次/秒，单次喷涂的沉积厚度0.01mm-0.03mm。
进一步的，对待加工的基体表面进行多次循环喷涂，最终得到厚度0.05mm-0.30mm的防腐涂层。
进一步的，Ni-Cr-Si-B复合粉末制备的涂层中，包括6-8wt％的Cr，2.75-3.5wt％的B，4-5wt％的Si，余量为Ni。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种工件表面防腐涂层的制备方法，通过利用爆炸喷涂工艺将Ni-Cr-Si-B粉末制备成高致密性防腐涂层，通过提供的防腐涂层的制备方法制备的涂层孔隙率在1％以内，涂层与基体结合强度可达到50MPa以上。
进一步的，使用本方法制备的Ni-Cr-Si-B防腐涂层结构致密孔隙率低，涂层无需进行热处理即可实现防腐性能好、结合强度高、耐高温性能优良的优点，解决了现有等离子喷涂工艺方法制备Ni-Cr-Si-B防腐涂层必须进行1030℃热处理的限制，本方法制备防腐涂层工艺安排更为灵活，适用范围更广，涂层使用温度可达900℃，涂层厚度可控且精度最高可达0.01mm。
进一步的，使用本方法制备的Ni-Cr-Si-B防腐涂层可以用于燃气轮机零组使用本方法制备的Ni-Cr-Si-B涂层如满足工艺条件亦可进行热处理过程，使结合方式由机械咬合变为冶金结合，结合强度会进一步提高至大于69MPa。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为采用本发明提供的制备方法制成的防腐涂层显微组织图片。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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”、“轴向”、“径向”、“周向”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限制。
此外，术语“第一”、“第二”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该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1：
本发明涉及一种采用爆炸喷涂工艺在金属基材表面制备防腐涂层的方法；主要针对各类铁基变形高温合金材料，也可用于其他低熔点合金材料的防腐。
其中，制备的涂层为单层结构，涂层厚度0.05mm-0.30mm，涂层的材料为Ni-Cr-Si-B粉末。涂层的材料Ni-Cr-Si-B粉末，其粒度范围为-75μm+11μm，化学成分包括：6-8wt％的Cr，2.75-3.5wt％的B，4-5wt％的Si，余量为Ni。
爆炸喷涂Ni-Cr-Si-B粉末的工艺方法，其步骤主要为：
步骤(1)：表面清理：用丙酮或者汽油清洗工件待喷涂表面及其临近区域；
步骤(2)：非涂层区域遮蔽：对喷涂区域以外的区域使用工装或耐温胶带进行遮蔽；
步骤(3)：金属表面粗化：喷涂前，对基体表面进行喷砂粗化处理，采用60目或120目氧化铝砂作为喷砂介质，风压采用0.10-0.20MPa，吹砂后表面平均粗糙度Ra2.0-4.0μm；
步骤(4)：涂层制备：采用乙炔、丙烷与氧气作为燃烧喷涂气体，乙炔的压力为1.0bar-1.2bar，丙烷的压力为0.7bar-2.0bar，氧气的压力为0.7bar-2.0bar，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-53ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-43ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-53ms，以氮气或氩气作为Ni-Cr-Si-B粉末喂料载气，送粉率为20g/min～40g/min，喷涂距离为180mm～220mm，爆炸频率2-10次/秒，单次喷涂的沉积厚度0.01mm-0.03mm。
对基体表面进行多次循环喷涂，最终得到厚度0.05mm-0.30mm的防腐涂层。
采用上述步骤制备的涂层，与金属基体结合方式为机械咬合，涂层孔隙率在1％以内，涂层与基体结合强度可达到50MPa以上。
特别说明，使用本方法制备的Ni-Cr-Si-B涂层如满足工艺条件亦可进行热处理过程，使结合方式由机械咬合变为冶金结合，结合强度会进一步提高至大于69MPa。推荐的热处理参数为：真空度≤6×10-2Pa，随炉升温至1030±10℃保温20-30分钟，真空冷却至700℃以下，回填氩气，加风扇冷却到60℃以下出炉。
实施例2：
本实施例采用爆炸喷涂制备防腐涂层，基体材料为20#钢。
具体包括以下步骤：
粉末准备：粉末采用Ni-Cr-Si-B粉末，以Ni-Cr-Si-B粉末的质量为100％计，Ni-Cr-Si-B粉末中包括：6wt％的Cr，3.2wt％的B,4.3wt％的Si，余量为Ni，粒度为200目过筛的粉末规格。
用丙酮清洗喷涂表面及附近区域，然后用耐温胶带对非喷涂面进行保护，待喷涂表面经清洁、干燥的120目氧化铝砂子进行喷砂处理，风压为0.18MPa，粗化处理后基体表面粗糙度为Ra2.3μm。
采用爆炸喷涂工艺在粗化表面制备防腐涂层，爆炸喷涂工艺参数：乙炔的压力为1.0bar，丙烷的压力为1.0bar，氧气的压力为0.7Bar，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-35ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-35ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-35ms，以氮气作为Ni-Cr-Si-B粉末喂料载气，送粉率为25g/min，喷涂距离为220mm，爆炸频率5次/秒，制备涂层厚度0.15mm。
实施例3：
本实施例采用爆炸喷涂制备防腐涂层，基体材料为GH907。具体包括以下步骤：
粉末准备：粉末采用Ni-Cr-Si-B粉末，以Ni-Cr-Si-B粉末的质量为100％计，Ni-Cr-Si-B粉末中包括：8wt％的Cr，2.75wt％的B,5wt％的Si，余量为Ni,粒度为200目过筛的粉末规格。
用丙酮清洗喷涂表面及附近区域，然后利用耐温胶带对非喷涂面进行保护。待喷涂表面经清洁、干燥的60目氧化铝砂子进行喷砂处理，风压为0.10MPa，粗化处理后基体表面粗糙度为Ra4μm。
采用爆炸喷涂工艺在粗化表面制备防腐涂层，爆炸喷涂工艺参数：乙炔的压力为1.2bar，丙烷的压力为2.0bar，氧气的压力为2.0bar，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-45ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-40ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-40ms，以氮气作为Ni-Cr-Si-B粉末喂料载气，送粉率为30g/min，喷涂距离为200mm，爆炸频率4次/秒，制备涂层厚度0.20mm。
实施例4：
本实施例采用爆炸喷涂制备防腐涂层，基体材料为GH141。具体包括以下步骤：
粉末准备：粉末采用Ni-Cr-Si-B粉末，以Ni-Cr-Si-B粉末的质量为100％计，Ni-Cr-Si-B粉末中包括：6wt％的Cr，3.5wt％的B,4wt％的Si，余量为Ni,粒度为200目过筛的粉末规格。
用丙酮清洗喷涂表面及附近区域，然后利用热喷涂胶带对非喷涂面进行保护。待喷涂表面经清洁、干燥的60目氧化铝砂子进行喷砂处理，风压为0.20MPa，粗化处理后基体表面粗糙度为Ra2μm。
采用爆炸喷涂工艺在粗化表面制备防腐涂层，爆炸喷涂工艺参数：乙炔的压力为1.1bar，丙烷的压力为0.7bar，氧气的压力为1.5bar，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-30ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-25ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-30ms，以氮气作为Ni-Cr-Si-B粉末喂料载气，送粉率为30g/min，喷涂距离为200mm，爆炸频率8次/秒，制备涂层厚度0.15mm。
涂层热处理：真空度＜6×10-2Pa，随炉升温至1030℃保温25分钟，真空冷却至680℃，回填氩气，加风扇冷却到53℃出炉。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
对待加工的基体表面进行清理；
对清理后的基体表面进行喷砂粗化处理；
采用Ni-Cr-Si-B复合粉末进行涂层制备，通过燃烧喷涂气体，对待加工的基体表面进行喷涂，直至完成涂层加工。
2.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，在加工开始前，对非加工表面进行防护；其中，防护通过使用工装或耐温胶带进行遮蔽。
3.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述喷砂粗化处理采用氧化铝砂作为喷砂介质，风压采用0.10-0.20MPa，吹砂后表面平均粗糙度Ra2-4μm。
4.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，表面进行清理采用丙酮或者汽油。
5.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，采用乙炔、丙烷与氧气作为燃烧喷涂气体。
6.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，喷涂中，乙炔的压力为1.0bar-1.2bar，丙烷的压力为0.7bar-2.0bar，氧气的压力为0.7bar-2.0bar；采用氮气或氩气作为Ni-Cr-Si-B复合粉末的喂料载气。
7.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，喷涂中，乙炔的气阀口直径为2.0mm，充气时间为5ms-53ms，丙烷的气阀口直径为1.8mm，充气时间为5ms-43ms，氧气的气阀口直径为2.2mm，充气时间为5ms-53ms。
8.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，喷涂中，喷涂距离为180mm～220mm，爆炸频率2-10次/秒，单次喷涂的沉积厚度0.01mm-0.03mm。
9.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，对待加工的基体表面进行多次循环喷涂，最终得到厚度0.05mm-0.30mm的防腐涂层。
10.根据权利要求1所述的一种工件表面防腐涂层的制备方法，其特征在于，Ni-Cr-Si-B复合粉末制备的涂层中，包括6-8wt％的Cr，2.75-3.5wt％的B，4-5wt％的Si，余量为Ni。
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