專利名稱：：一種具有高性能的熱噴涂涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種具有高性能的熱噴涂涂層，屬于熱噴涂涂層
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：熱噴涂制備涂層技術(shù)是表面防護的一個重要分支，以其經(jīng)濟高效的特點成為目前應(yīng)用最廣泛的耐磨損耐腐蝕涂層的制備工藝。熱噴涂技術(shù)是指利用各種熱源，將欲噴涂的固體涂層材料加熱至熔化或熔融狀態(tài)，借助于高速氣流的霧化效果使其形成微細(xì)熔滴，噴射沉積到經(jīng)過預(yù)處理的工件基體表面形成堆積結(jié)構(gòu)涂層的技術(shù)。按照熱源的不同分為電弧噴涂，火焰噴涂，超音速噴涂，等離子噴涂，等等。航空、航天中飛機發(fā)動機、火箭等工作環(huán)境十分惡劣，要經(jīng)受高溫、磨損、氧化、腐蝕等的綜合作用，由此所導(dǎo)致的部件失效不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且影響國家安全，為了延長武器裝備的使用壽命，需要對其關(guān)鍵部件表面進行各種防護，如耐磨、耐腐蝕、抗氧化、隔熱等，由此熱噴涂涂層發(fā)揮著越來越重要的作用，其中多功能涂層的發(fā)展更是成為涂層研究的熱點。但傳統(tǒng)的熱噴涂工藝噴涂的涂層與基體間為機械結(jié)合，涂層間為層狀疊加結(jié)構(gòu)，即使不同的熱噴涂工藝，隨噴涂速度的提高，噴涂功率的增大，粉末的細(xì)致化等，其耐磨耐腐蝕性能會有所提高，但是機械結(jié)合與層狀疊加結(jié)構(gòu)決定了涂層的性能只是量級的提高，而無法實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，因此單獨的熱噴涂工藝已經(jīng)在很多情況下不能滿足部件對高性能涂層的需求。熱噴涂工藝的噴涂原理，決定了熱噴涂工藝所制備涂層內(nèi)部皆為層狀疊加結(jié)構(gòu)，涂層界面與基體界面間及涂層內(nèi)部組織為機械結(jié)合，因此涂層都存在著因機械結(jié)合、層狀疊加結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的結(jié)合強度低，易剝落失效的缺點，嚴(yán)重影響了涂層的耐磨損等性能的發(fā)揮以及涂層的使用壽命；另外涂層孔隙率高、裂紋多，這些會加速涂層的局部腐蝕，使得涂層抗腐蝕性能差。若能使涂層與基體間以及涂層之間實現(xiàn)冶金結(jié)合，而非層狀疊加，涂層的致密性與結(jié)合強度都將大大提高，其性能將有一個實質(zhì)性飛躍。對于高性能涂層制備領(lǐng)域以及武器裝備的性能提高都具有重大意義。目前改進的方法l.在基體與面層間噴涂粘結(jié)底層，即中間層，利用中間層與基體和面層間的良好浸潤性，最終達(dá)到增加涂層與基體間結(jié)合力的目的。中間層實質(zhì)上增加了涂層的界面，雜質(zhì)易侵入，易產(chǎn)生氧化生長物從而導(dǎo)致涂層剝落失效)；2.噴涂后激光重熔，使涂層與基體實現(xiàn)冶金結(jié)合，增加涂層致密性，增強其結(jié)合力和耐腐蝕、耐磨損等性能。激光重熔可實現(xiàn)冶金結(jié)合和致密涂層的目的，但由于其需要在噴涂完畢后再進行激光重熔加工，故相當(dāng)于延長了涂層的制備周期，且重熔參數(shù)較難控制，另外，因其需要熔透整個涂層故所需能量很高，涂層材料易被燒損，失去了噴涂材料原有的優(yōu)異性3能，易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力以及較多的裂紋孔洞，最終導(dǎo)致涂層性能下降且易剝落失效。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)在技術(shù)中存在缺點而設(shè)計提供了一種具有高性能的熱噴涂涂層，本發(fā)明技術(shù)方案沒有從工藝的角度入手，而是針對形成熱噴涂涂層的材料進行了研究，提出了一種新的熱噴涂涂層材料，其目的是利用激光與大氣等離子復(fù)合噴涂方法制備出具有高結(jié)合強度、高耐磨損耐腐蝕的涂層。該涂層實現(xiàn)了冶金結(jié)合，涂層組織致密，優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)可提高涂層顆粒之間的結(jié)合力，進而提高涂層的耐磨損耐腐蝕性能，使熱噴涂制備耐磨耐腐涂層在組織結(jié)構(gòu)以及性能上皆實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的該種具有高性能的熱噴涂涂層，其特征在于該涂層材料的化學(xué)成份及重量百分比為Co，815%，Cr，38%，其余為碳化鎢。另外，在該涂層材料中還可以加入NiCrAlY，加入量為它與涂層材料質(zhì)量之和的3060%。涂層材料以及涂層組織結(jié)構(gòu)的變化與結(jié)合力的高低都會對涂層的耐磨耐腐蝕性能產(chǎn)生極大的影響。因此涂層的材料選擇非常重要。本發(fā)明技術(shù)方案中之所以選擇WC，是因為WC粉具有很高的顯微硬度，這是制備高抗磨損涂層的前提，但純WC粉潤濕性較差，不能直接用作熱噴涂材料，必須和其他金屬復(fù)合。Co元素的添加可以改善涂層脆性，對提高涂層耐磨性有益，同時Co在涂層中對WC硬質(zhì)相起到粘結(jié)作用，使WC硬質(zhì)顆粒通過Co粘結(jié)相的粘著作用搭建起一個結(jié)實的耐磨骨架，充分發(fā)揮其耐磨作用；Cr的添加是因為Cr元素具有高的抗高溫腐蝕性能，Cr元素易在涂層表面形成穩(wěn)定的鈍化膜，這層鈍化膜以氧化物的形式存在于涂層表面，此氧化產(chǎn)物本身具有優(yōu)異的抗磨損抗腐蝕性能，而且它可有效阻止腐蝕溶液的侵入，抵抗腐蝕斑點的發(fā)生和擴散，從而保護整個涂層具有極佳的抗腐蝕性能，同時，Cr元素可以有效抑制粘結(jié)相Co的溶解，從而降低涂層的腐蝕速度，提高涂層的耐蝕性能。NiCrAlY也是一種用來制備抗腐蝕涂層的常用的鎳基粉末，它的加入可以進一步增強涂層與基體間的結(jié)合力，增加涂層的韌性，提高涂層抗腐蝕抗磨損性能。本發(fā)明所述涂層的磨損失效機制為在磨損過程中，軟的粘結(jié)相Co在硬的摩擦副作用下首先被移除，隨后WC顆粒失去Co的粘結(jié)作用而被研磨球所移除。故，當(dāng)涂層實現(xiàn)了冶金結(jié)合后，很顯然涂層的粘結(jié)相與硬質(zhì)相結(jié)合力更強，摩擦力將很難將其移除，故其耐磨性將大大提高。本發(fā)明所述的涂層的腐蝕機制涂層的腐蝕都是從孔隙或裂紋等薄弱處開始，腐蝕介質(zhì)首先侵入涂層孔隙內(nèi)，由貫穿基體的孔洞滲透到基體，使基體發(fā)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物生長、擴散、蔓延，最終導(dǎo)致涂層剝落失效。而當(dāng)涂層實現(xiàn)冶金結(jié)合后，涂層組織更加致密，孔隙率極低，這非常利于阻止腐蝕介質(zhì)的侵入，防止局部腐蝕的發(fā)生，從而避免了腐蝕斑點的產(chǎn)生和擴散，極大地提高了涂層的抗腐蝕性能。本發(fā)明技術(shù)方案所述涂層選擇激光與大氣等離子復(fù)合噴涂工藝加工，而不是單獨的熱噴涂工藝，是本著實現(xiàn)涂層冶金結(jié)合的目的，冶金結(jié)合可以實現(xiàn)高結(jié)合強度和高致密性，而高的結(jié)合強度與低的孔隙率是涂層具有高耐磨高耐蝕性的另一個主要原因。圖1為傳統(tǒng)熱噴涂本發(fā)明涂層材料的金相顯微組織結(jié)構(gòu)圖2為復(fù)合噴涂本發(fā)明涂層材料的的金相顯微組織結(jié)構(gòu)圖3傳統(tǒng)熱噴涂WC-10Co4Cr涂層與基體的結(jié)合界面圖4復(fù)合噴涂WC-10Co4Cr涂層與基體結(jié)合界面具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述表一為本發(fā)明技術(shù)方案所述涂層材料的化學(xué)成份及其重量百分比的實施例列表。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>采用激光與大氣等離子復(fù)合噴涂工藝，來制備本發(fā)明所述涂層，其工藝過程是1.試樣的清洗與噴砂2.向送粉器中加入噴涂粉末材料，粒度1545um。3.放好試樣，調(diào)整復(fù)合噴涂距離，確定等離子噴涂參數(shù)和激光加工各參數(shù)，編寫機械手噴涂程序。涂層復(fù)合噴涂參數(shù)如下表2:其中等離子噴槍選用GE噴嘴(防WC燒損)表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求一種具有高性能的熱噴涂涂層，其特征在于該涂層材料的化學(xué)成份及重量百分比為Co，8～15％，Cr，3～8％，其余為碳化鎢。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高性能的熱噴涂涂層，其特征在于在該涂層材料中加入NiCrAlY，加入量為它與涂層材料質(zhì)量之和的3060%。全文摘要本發(fā)明是一種具有高性能的熱噴涂涂層，其特征在于該涂層材料的化學(xué)成份及重量百分比為Co，8～15％，Cr，3～8％，其余為碳化鎢。另外，在該涂層材料中還可以加入NiCrAlY，加入量為它與涂層材料質(zhì)量之和的30～60％。該涂層具有高的顯微硬度及良好的韌性，涂層組織結(jié)構(gòu)由層狀疊加變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，涂層與基體間也由機械結(jié)合變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，其致密的組織，優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)可提高涂層顆粒之間的結(jié)合力，極大地增強了涂層的抗磨損能力，有效的阻止了腐蝕介質(zhì)的侵入，從而提高了涂層的耐磨損耐腐蝕性能。文檔編號C23C4/06GK101691647SQ20091017214公開日2010年4月7日申請日期2009年9月10日優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日發(fā)明者鞏水利,李其連,李淑青申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所