CN1793061A - 激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法，包括下列步骤：①在激光的纳米氧化物吸收涂料中加入经造粒组装的纳米陶瓷粉末，充分搅拌形成混合涂料；②将所述的混合涂料涂在所述的待处理的存在孔隙的陶瓷涂层上，形成预涂层；③对所述的预涂层进行激光熔覆处理。本发明方法可完善熔覆陶瓷涂层表面的结构。

Description

激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法
技术领域
本发明与工件表面改性处理有关，特别是一种激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法。
背景技术
陶瓷材料具有优异的耐磨、耐饰、耐热和抗高温氧化性能，地球上资源丰富，但其脆性较大，耐疲劳性差，对应力和裂纹敏感，且难以加工，使其应用受到限制。金属表面陶瓷涂层技术拓宽了陶瓷材料的应用范围，将陶瓷材料的优异性能和金属材料的强韧性及良好的工艺性有机结合起来，无疑是极具竞争力的新技术，其中激光熔覆陶瓷涂层是目前比较先进的技术，但由于陶瓷材料与金属基体之间热膨胀系数、弹性模量、导热系数、熔点等物理参数相差很大，陶瓷涂层与金属基体之间难以冶金结合，陶瓷熔体和金属基体熔体之间相容性较差，再加上熔融陶瓷粘度高，流动性差，膨胀的气体不易逸出，从而使一般激光熔覆的陶瓷涂层除难以避免出现裂纹之外，也易出现孔隙等缺陷，需要进行处理。国内外研究者对如何降低开裂敏感性作了大量工作，但对已经出现孔隙的涂层如何修补未见报道，对已经出现孔隙的涂层进行修补的技术对当前大力发展循环经济，致力于重要零部件的修复再造有重要作用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述采用一般的激光熔覆陶瓷涂层存在孔隙等缺陷的问题，提供一种激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法，达到完善熔覆陶瓷涂层表面结构的技术效果。
本发明的技术解决方案如下：
一种激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法，在对普通碳钢基体上的碳化物陶瓷涂层孔隙进行修补时，包括下列步骤：
①在激光的纳米氧化物吸收涂料中加入经造粒组装的纳米(NF)WC/Co粉末，二者的体积比为1∶1，经充分搅拌均匀形成混合涂料；
②将所述的混合涂料涂在所述的待处理的存在孔隙的碳化物陶瓷涂层上，形成预涂层；
③在CO2激光功率为6×103～3.06×104W/cm2，扫描速度为5～15mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
所述的造粒组装的纳米(NF)WC/Co粉末是由平均粒度为50～500nm的重量比为88∶12的WC颗粒和Co粘接相组装而成的，造粒粉末粒度为5～45μm的粘合颗粒。
一种用于激光熔覆陶瓷涂层孔隙的纳米修补方法，对在铸铝表面激光涂覆的AL2O3/TiO2陶瓷涂层孔隙进行修补时，包括下列步骤：
①在激光的纳米氧化物吸收涂料中加入经过造粒组装的纳米(NF)AL2O3/TiO2粉末，二者的体积比例为1∶1，经充分搅拌均匀形成混合涂料；
②将所述的混合涂料涂在所述的待处理的存在孔隙的AL2O3/TiO2陶瓷涂层上，形成预涂层；
③在CO2激光功率为4×103～2.04×104W/cm2，扫描速度为30～40mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
所述的造粒组装的纳米(NF)AL2O3/TiO2粉末是将粒度为50～500nm的重量比为87∶13的纳米AL2O3/TiO2粉末经等离子致密化造粒组装而成的粒度为28～32μm的粘合颗粒。
所述的激光的纳米氧化物吸收涂料(请参见发明专利：激光的纳米氧化物吸收涂料，专利号为ZL02136862.7)的组成为：
   原料                    重量百分比wt％
主料 纳米氧化物                5～40
粘接剂 聚乙烯醇                5～6
包覆剂 聚乙二醇                0.5～5
防锈剂 亚硝酸钠                2.0～4
乳化剂 OP-10                   0.5～1.0
分散剂 P-19                    2～5
去离子水                       余量
所述的纳米氧化物为氧化锌、或氧化钛、或二氧化硅、或三氧化二铝、或烯土氧化物。
采用上述纳米修补方法修补过的激光熔覆陶瓷涂层还存在孔隙时，可采用相同的方法进行再修补。
本发明的技术效果为：
由于纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度比常规材料低很多，而且纳米结构材料中有大量界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径，因此纳米结构材料的固熔扩散能力提高，无论液相还是固相即使不相混熔，当处于纳米尺度时，也会固熔，产生合金。增强扩散能力产生的第一个结果将使纳米材料的熔凝温度大大降低，此时纳米粒子高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩达到致密化。本发明就是利用上述纳米材料的特征效应，在已经产生孔隙的陶瓷涂层上再采用激光熔覆纳米陶瓷涂层，使该熔覆层范围内的原孔隙收缩并由大量呈冶金结合的陶瓷颗粒补足，可以达到消除孔隙的目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
在普碳钢基体上的激光熔覆WC/Co陶瓷涂层的孔隙进行纳米修补。
在普碳钢基体上的激光熔覆WC/Co陶瓷涂层，对此涂层剖面的显微组织分析表明存在孔隙。实施例修补的步骤如下：
1.在激光的纳米氧化物吸收涂料(详见发明专利：激光的纳米氧化物吸收涂料，专利号为ZL02136862.7)中加入经造粒组装的纳米(NF)WC/Co粉末(由平均粒度为50～500nm的WC颗粒和Co粘结相组装而成，WC∶Co重量比为88∶12，造粒粉末粒度5～45um)，二者的体积比为1∶1，然后充分搅拌形成混合涂料；
2.在上述已确定存在孔隙的碳化物陶瓷涂层上再涂上所述的混合涂料的预涂层；
3.在入射CO2激光功率密度为6×103W/cm2，扫描速度为5mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
4.对上述激光熔覆层进行金相显微组织、显微压痕、成分及物相测试，表明原存在的孔隙已收缩并被金属基体上分布的大量微细碳化物颗粒补足并呈冶金结合。
实施例2
基本同实施例1，但激光熔覆时的CO2激光功率密度为9.375×104W/cm2，扫描速度为10mm/s。
实施例3
基本同实施例1，但激光熔覆时的CO2激光功率密度为3.06×103W/em2，扫描速度为15mm/s。
实施例4
对铸铝表面激光涂覆的AL2O3/TiO2陶瓷涂层孔隙进行纳米修补。
在铸铝表面采用激光涂覆AL2O3/TiO2陶瓷涂层，对此涂层剖面的显微组织分析表明存在孔隙。实施修补的步骤如下：
1.在纳米氧化物吸收激光的涂料(详见发明专利：激光的纳米氧化物吸收涂料，ZL02136862.7)中加入经选粒组装的纳米(NF)AL2O3/TiO2粉末(粒度为50～500nm的AL2O3/TiO2粉末经等离子致密化造粒组装成粒度为～30um的粘合颗粒，AL2O3与TiO2重量比为87∶13)，两者体积比为1∶1，然后充分搅拌均匀形成混合涂料。
2.在上述已确定存在孔隙的氧化物陶瓷涂层上再涂上所述的混合涂料的预涂层。
3.在入射CO2激光功率密度为2.04×103W/cm2，激光扫描速度为30mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
4.对上述激光熔覆层进行金相显微组织，显微压痕，成分及物相测试，表明原存在的孔隙已收缩并被金属基体上分布的大量微细氧化物颗粒补足并呈冶金结合。
实施例5
基本同实施例4，但激光熔覆时的CO2激光功率密度为6.25×103W/cm2，扫描速度为35mm/s。
实施例6
基本同实施例4，但激光熔覆时的CO2激光功率密度为2.04×104W/cm2，扫描速度为40mm/s。
如果由于处理参数的波动及陶瓷涂层中存在孔隙数量的差异等因素导致上述纳米修补效果未及充分，则可再重复涂上预涂层，然后再重复进行激光熔覆一次即可达到修补孔隙的目的。

Claims (6)

1.一种激光熔覆陶瓷涂层中孔隙的纳米修补方法，其特征在于对普通碳钢基体上的碳化物陶瓷涂层孔隙进行修补时，包括下列步骤：
①在激光的纳米氧化物吸收涂料中加入经造粒组装的纳米(NF)WC/Co粉末，二者的体积比为1∶1，经充分搅拌均匀形成混合涂料；
②将所述的混合涂料涂在所述的待处理的存在孔隙的碳化物陶瓷涂层上，形成预涂层；
③在CO2激光功率为6x103～3.06×104W/cm2，扫描速度为5～15mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
2.根据权利要求1所述的纳米修补办法，其特征在于所述的造粒组装的纳米(NF)WC/Co粉末是由平均粒度为50～500nm的重量比为88∶12的WC颗粒和Co粘接相组装而成的，造粒粉末粒度为5～45μm的粘合颗粒。
3.一种用于激光熔覆陶瓷涂层孔隙的纳米修补方法，其特征在于对在铸铝表面激光涂覆的AL2O3/TiO2陶瓷涂层孔隙进行修补时，包括下列步骤：
①在激光的纳米氧化物吸收涂料中加入经过造粒组装的纳米(NF)AL2O3/TiO2粉末，二者的体积比例为1∶1，经充分搅拌均匀形成混合涂料；
②将所述的混合涂料涂在所述的待处理的存在孔隙的AL2O3/TiO2陶瓷涂层上，形成预涂层；
③在CO2激光功率为4×103～2.04×104W/cm2，激光扫描速度为30～40mm/s，Ar气保护下，对所述的预涂层进行激光熔覆处理。
4.根据权利要求3所述的纳米修补方法，其特征在于所述的造粒组装的纳米(NF)AL2O3/TiO2粉末是将粒度为50～500nm的重量比为87∶13的纳米AL2O3/TiO2粉末经等离子致密化造粒组装而成的粒度为28～32μm的粘合颗粒。
5.根据权利要求1至4任一项所述的纳米修补办法，其特征在于所述的激光的纳米氧化物吸收涂料的组成为：
原料                           重量百分比
主料 纳米氧化物                5～40
粘接剂 聚乙烯醇                5～6
包覆剂 聚乙二醇                0.5～5
防锈剂 亚硝酸钠               2.0～4
乳化剂 OP-10                  0.5～1.0
分散剂 P-19                   2～5
去离子水                      余量
所述的纳米氧化物为氧化锌、或氧化钛、或二氧化硅、或三氧化二铝、或烯土氧化物。
6.根据权利要求1至4任一项所述的纳米修补办法，其特征在于所述的经过纳米修补方法修补的激光熔覆陶瓷涂层还存在孔隙时，采用相同的方法进行再修补，直至消除孔隙。
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