專利名稱：反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種反應(yīng)噴涂金屬鈦，鈷和 碳化硼混合熱噴涂粉末方法。
背景技術(shù)：
熱噴涂作為一種表面改性技術(shù)，依據(jù)所選材料及噴涂方法的不同，所獲得的 涂層具有耐磨損、抗氧化、電導(dǎo)與電阻、抗大氣和熔融金屬浸漬腐蝕、耐化學(xué)腐 蝕、隔熱耐高溫、恢復(fù)尺寸、機(jī)件間隙控制等功能。在航空航天、冶金、電力、 機(jī)械等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，近年來(lái)得到快速發(fā)展。熱噴涂涂層質(zhì)量的好壞和采用 的熱噴涂工藝參數(shù)有著密切的聯(lián)系。熱噴涂過(guò)程中所采用的電流、氫氣流量、送 粉量以及噴涂距離，都對(duì)涂層性能有一定的影響。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，董艷春2006年在博士學(xué)位論文《反應(yīng)等離 子噴涂納米TiN涂層材料的研究》中指出反應(yīng)噴涂TiN涂層過(guò)程中，等離子設(shè)
備的離子氣流量和種類直接影響電弧功率和焰流速度，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)獲得了反應(yīng) 噴涂TiN涂層最佳N2送粉氣流量、Ar和N2離子氣流量、電流和槍距的工藝參數(shù)。 其局限之處在于，所研究的反應(yīng)噴涂粉末成分單一(只有金屬Ti粉)，沒(méi)有涉及 多種不同性質(zhì)熱噴涂粉末的工藝研究。檢索中還發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)專利CN101176920 中公開(kāi)了一種用于反應(yīng)噴涂的混合熱噴涂粉末的制備方法，其混合熱噴涂粉末具 體成分重量比為T(mén)i粉50% 75%和B4C粉25% 50%，但沒(méi)有對(duì)反應(yīng)噴涂的工 藝進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱 噴涂粉末的方法。本發(fā)明解決了金屬和陶瓷粉末混合噴霧造粒后，用于反應(yīng)噴涂 所得涂層性能不佳的難題，通過(guò)設(shè)計(jì)噴涂電流、離子氣H2流量、送粉量和噴涂距 離，以涂層的耐磨性能為衡量指標(biāo)獲得了最優(yōu)的反應(yīng)噴涂工藝，該工藝噴涂所得 涂層耐磨性得到提高。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明具體包括以下步驟
第一步，噴涂試樣準(zhǔn)備選用中碳鋼為基體材料，線切割成圓片，用丙酮清 洗后表面經(jīng)過(guò)細(xì)磨，最后吹干；
所述細(xì)磨，其時(shí)間為10分鐘-30分鐘，是用二氧化硅水砂子，磨去基體材 料表面的銹斑和氧化皮。
第二步，用夾具固定好試樣，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源，用等離子火焰預(yù)熱基 體，然后再打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，噴涂粘結(jié)層，厚度為50-80微米；
所述預(yù)熱，其基體溫度為250°C-350°C。
所述粘結(jié)層，其材料為MCrAlY。
第三步，將噴涂好粘結(jié)層的試樣取下，放入真空碳管爐中進(jìn)行真空熱處理， 使粘結(jié)層合金材料擴(kuò)散均勻，隨爐冷卻；
所述真空熱處理，其溫度為900-IOO(TC，時(shí)間為10小時(shí)-24小時(shí)，在氬氣 的保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
第四步，將反應(yīng)噴涂熱噴涂粉末裝入送粉器中，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為 500 A -600A,離子氣H2流量為20 L/h -40L/h，送粉量為15 r/min -25r/min， 噴涂距離為100mm-160mm，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行反應(yīng)噴涂，先打開(kāi)等離子設(shè)備 電源用火焰預(yù)熱帶有粘結(jié)層的試樣，然后打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，進(jìn)行反應(yīng)噴涂金屬鈦、 鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末，厚度為250-270微米；
所述預(yù)熱，其基體溫度為250°C-350。C。
第五步，將反應(yīng)噴涂后的試樣在箱式電爐中進(jìn)行大氣熱處理，降低涂層的熱 應(yīng)力，隨爐冷卻；
所述大氣熱處理，是將試樣在大氣環(huán)境下進(jìn)行熱處理，其溫度為 900°C-1000°C，時(shí)間為5-10小時(shí)。
本發(fā)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期技術(shù)實(shí)驗(yàn)和調(diào)整，得出反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱 噴涂粉末最佳工藝參數(shù)為電流500-600A，氫氣流量20-40L/h，送粉量 15-25r/min，噴涂距離100-160mm，影響涂層耐磨性好壞的因素從強(qiáng)到弱依次為 離子氣H2流量〉送粉量〉電流〉噴涂距離。在這樣的參數(shù)條件下，解決了金屬和陶 瓷粉末混合噴霧造粒后，用于反應(yīng)噴涂所得涂層性能不佳的難題，具有工藝流程簡(jiǎn)單，優(yōu)化后的工藝噴涂所得涂層耐磨性得到提高。
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有反應(yīng)噴涂生產(chǎn)工藝的缺乏，提供了一種金屬鈦，鈷和碳化硼 混合熱噴涂粉末涂層制備的最佳工藝，采用該最佳工藝參數(shù)噴涂的涂層，耐磨性 好，涂層致密，粉末反應(yīng)充分，可以起到很好的保護(hù)基體的作用。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下 進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限 于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
(1)噴涂試樣準(zhǔn)備選用中碳鋼為基體材料，線切割成直徑40mm，厚度3mm 圓片，用丙酮清洗后表面經(jīng)過(guò)800目二氧化硅水砂紙濕磨IO分鐘，然后用電吹 風(fēng)吹干表面；
(2) 用夾具固定好試樣，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源，用等離子火焰預(yù)熱基體， 使基體溫度達(dá)到250'C，然后再打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，噴涂粘結(jié)層，然后噴涂MCrAlY 粘結(jié)層，厚度為50微米；
(3) 將噴涂好粘結(jié)層的試樣取下，在氬氣的保護(hù)氣氛下，放入真空碳管爐 中在90(TC進(jìn)行真空熱處理10小時(shí)，使粘結(jié)層合金材料擴(kuò)散均勻，隨爐冷卻后 取出；
(4) 調(diào)整設(shè)備參數(shù)將100g反應(yīng)噴涂混合熱噴涂粉末裝入送粉器中，其中 61. 4gTi粉，15gCo粉和23. 6gB4C粉，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為500A，離子氣 H2流量為20L/h，送粉量為15r/min，噴涂距離為IOO腿，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn) 行反應(yīng)噴涂，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源用火焰預(yù)熱帶有粘結(jié)層的試樣，使其達(dá)到 250°C，然后打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，進(jìn)行反應(yīng)噴涂金屬鈦，鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末，厚度為250微米；
(5) 將反應(yīng)噴涂后的試樣在900。C下進(jìn)行大氣熱處理5小時(shí)，隨爐冷卻后取出。
本實(shí)施例使用河北宣化泰華機(jī)械廠生產(chǎn)的MPX-2000型銷盤(pán)式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè) 試磨損質(zhì)量，磨損時(shí)間為15分鐘，平均磨損量為11. 35毫克。 實(shí)施例2(1)噴涂試樣準(zhǔn)備選用中碳鋼為基體材料，線切割成直徑40mm，厚度3ram 圓片，用丙酮清洗后表面經(jīng)過(guò)800目二氧化硅水砂紙濕磨30分鐘，然后用電吹 風(fēng)吹干表面；
(2)用夾具固定好試樣，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源，用等離子火焰預(yù)熱基體， 使基體溫度達(dá)到35(TC，然后再打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，噴涂粘結(jié)層，然后噴涂MCrAlY 粘結(jié)層，厚度為80微米；
(3) 將噴涂好粘結(jié)層的試樣取下，在氬氣的保護(hù)氣氛下，放入真空碳管爐 中在IOO(TC進(jìn)行真空熱處理24小時(shí)，使粘結(jié)層合金材料擴(kuò)散均勻，隨爐冷卻 后取出；
(4) 調(diào)整設(shè)備參數(shù)將100g反應(yīng)噴涂混合熱噴涂粉末裝入送粉器中，其中 56gTi粉，20gCo粉和24gB4C粉，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為550A，離子氣H2 流量為30 L /h，送粉量為25r/min，噴涂距離為IOO腿，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn) 行反應(yīng)噴涂，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源用火焰預(yù)熱帶有粘結(jié)層的試樣，使其達(dá)到 35(TC，然后打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，進(jìn)行反應(yīng)噴涂金屬鈦，鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末，厚度為270微米；
(5) 將反應(yīng)噴涂后的試樣在IOO(TC下進(jìn)行大氣熱處理10小時(shí)，隨爐冷卻 后取出。
本實(shí)施例使用河北宣化泰華機(jī)械廠生產(chǎn)的MPX-2000型銷盤(pán)式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè) 試磨損質(zhì)量，磨損時(shí)間為15分鐘，平均磨損量為22. 70毫克。 實(shí)施例3
(1)噴涂試樣準(zhǔn)備選用中碳鋼為基體材料，線切割成直徑40ram，厚度3腿 圓片，用丙酮清洗后表面經(jīng)過(guò)800目二氧化硅水砂紙濕磨20分鐘，然后用電吹 風(fēng)吹干表面；
(2) 用夾具固定好試樣，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源，用等離子火焰預(yù)熱基體， 使基體溫度達(dá)到30(TC，然后再打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，噴涂粘結(jié)層，然后噴涂MOAIY 粘結(jié)層，厚度為60微米；
(3) 將噴涂好粘結(jié)層的試樣取下，在氬氣的保護(hù)氣氛下，放入真空碳管爐 中在95(TC進(jìn)行真空熱處理20小時(shí)，使粘結(jié)層合金材料擴(kuò)散均勻，隨爐冷卻后 取出；(4) 調(diào)整設(shè)備參數(shù)將100g反應(yīng)噴涂混合熱噴涂粉末裝入送粉器中，其中 59.8gTi粉，18gCo粉和22.2gB4C粉，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為600A，離子氣 H2流量為30L/h，送粉量為15r/min，噴涂距離為160mm，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn) 行反應(yīng)噴涂，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源用火焰預(yù)熱帶有粘結(jié)層的試樣，使其達(dá)到 30(TC，然后打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，進(jìn)行反應(yīng)噴涂金屬鈦，鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末，厚度為260微米；(5) 將反應(yīng)噴涂后的試樣在95(TC下進(jìn)行大氣熱處理8小時(shí)，隨爐冷卻后取出。本實(shí)施例使用河北宣化泰華機(jī)械廠生產(chǎn)的MPX-2000型銷盤(pán)式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè) 試磨損質(zhì)量，磨損時(shí)間為15分鐘，平均磨損量為11. 95毫克。
權(quán)利要求
1、一種反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，噴涂試樣準(zhǔn)備選用中碳鋼為基體材料，線切割成圓片，用丙酮清洗后表面經(jīng)過(guò)細(xì)磨，最后吹干；第二步，用夾具固定好試樣，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源，用等離子火焰預(yù)熱基體，然后再打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，噴涂粘結(jié)層，厚度為50-80微米；第三步，將噴涂好粘結(jié)層的試樣取下，放入真空碳管爐中進(jìn)行真空熱處理，使粘結(jié)層合金材料擴(kuò)散均勻，隨爐冷卻；第四步，將反應(yīng)噴涂熱噴涂粉末裝入送粉器中，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為500A-600A，離子氣H2流量為20L/h-40L/h，送粉量為15r/min-25r/min，噴涂距離為100mm-160mm，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行反應(yīng)噴涂，先打開(kāi)等離子設(shè)備電源用火焰預(yù)熱帶有粘結(jié)層的試樣，然后打開(kāi)送粉器開(kāi)關(guān)，進(jìn)行反應(yīng)噴涂金屬鈦，鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末，厚度為250-270微米；第五步，將反應(yīng)噴涂后的試樣在箱式電爐中進(jìn)行大氣熱處理，降低涂層的熱應(yīng)力，隨爐冷卻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的 方法，其特征是，第一步中，所述細(xì)磨，是用二氧化硅水砂子，磨去基體材料表 面的銹斑和氧化皮，其時(shí)間為10分鐘-30分鐘。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的 方法，其特征是，第二歩中，所述預(yù)熱，其基體溫度為25(TC-35(TC。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末的方法，其特征是，第二步中，所述粘結(jié)層，其材料為MCrAlY。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的 方法，其特征是，第三步中，所述真空熱處理，在氬氣的保護(hù)氣氛中進(jìn)行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末的方法，其特征是，第三歩中，所述真空熱處理，其溫度為900。C-100(TC，時(shí)間為10小時(shí)-24小時(shí)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的 方法，其特征是，第四步中，所述預(yù)熱，其基體溫度為25(TC-35(TC。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末的 方法，其特征是，第五步中，所述大氣熱處理，是將試樣在大氣環(huán)境下進(jìn)行熱處 理。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉 末的方法，其特征是，第五步中，所述大氣熱處理，其溫度為90(TC-100(TC， 時(shí)間為5-10小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域的反應(yīng)噴涂金屬鈦、鈷和碳化硼混合熱噴涂粉末方法，首先將基體切割成耐磨實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)樣，噴涂前除油除銹，對(duì)基體進(jìn)行預(yù)熱后噴涂粘結(jié)層。然后進(jìn)行粘結(jié)層的真空熱處理，將反應(yīng)噴涂熱噴涂粉末裝入送粉器中，然后調(diào)整等離子設(shè)備電流為500A-600A，離子氣H₂流量為20L/h-40L/h，送粉量為15r/min-25r/min，噴涂距離為100mm-160mm，對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行反應(yīng)噴涂；最后對(duì)涂層進(jìn)行大氣熱處理。本發(fā)明解決了金屬和陶瓷粉末混合噴霧造粒后，用于反應(yīng)噴涂所得涂層性能不佳的難題，具有工藝流程簡(jiǎn)單，優(yōu)化后的工藝噴涂所得涂層耐磨性得到提高。
文檔編號(hào)C23C4/04GK101307420SQ200810040150
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者孫寶德, 毛正平, 俊 王, 靜 馬 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)