專利名稱：提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法。
背景技術(shù)：
目前熱噴涂技術(shù)已在航空、航天、鋼鐵、石化、能源、汽車等領域的表面處理方面得到廣泛的應用；熱噴涂技術(shù)工藝簡捷，涂層和基體材料選擇范圍廣，易形成耐磨、隔熱、抗氧化、耐腐蝕、絕緣和導電等復合功能涂層并涂層厚度易控，可在現(xiàn)場實施大面積施工。但熱噴涂涂層由高速飛行液滴撞擊基材鋪展、變形、堆積凝固形成的工藝特性決定了其具有組織成分不均勻、存有氣孔、裂紋和板條層間弱結(jié)合等結(jié)構(gòu)缺陷，尤其是涂層與基體之間的弱結(jié)合(以機械咬合為主)，這在很大程度上限制了涂層的應用范圍與服役壽命。如鋼鐵行業(yè)熱鍍鋅機組鋅鍋中軸襯套、刮刀等部件表面僅作熱噴涂處理，難以滿足高溫G80-620°C )、 金屬溶液侵蝕等苛刻的工況要求，因此還需作一定的重熔后處理改性。采用適當?shù)闹厝厶幚恚筛纳仆繉优c基體間的結(jié)合強度和涂層的內(nèi)在質(zhì)量，從而提高涂層的耐磨、耐蝕性。目前，涂層重熔后處理技術(shù)主要有激光、電子束、TIG重熔、火焰重熔、整體加熱和感應重熔等，各有其優(yōu)缺點。其中，激光重熔工藝因其不受材料種類限制、 易實現(xiàn)局部處理、重熔層深度可控等固有的優(yōu)點獲得較多的關(guān)注。但激光重熔技術(shù)亦存有兩點不足1)由于激光光斑面積小，工作效率較低，難以滿足工件表面大面積噴涂層激光重熔的需要。雖有研究顯示采用多次搭接技術(shù)或大面積光斑技術(shù)(散焦法、寬帶法和轉(zhuǎn)鏡法)可達到大面積重熔目的，但多次搭接造成相鄰掃描帶間重合區(qū)數(shù)的增加，顯著影響涂層金相組織和顯微硬度等性能的均勻性。對大面積光斑技術(shù)而言，當輸出功率一定時，光斑面積越大，功率密度越低；增大光束直徑，可能削弱激光的高能密度和超快速加熱優(yōu)勢。2、就目前而言，激光表面處理技術(shù)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，利用本方法可有效提高熱噴涂涂層與金屬基材的結(jié)合強度，尤其是改變了涂層與金屬基材的結(jié)合方式，克服了熱噴涂涂層固有的缺陷，使熱噴涂涂層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴涂前預處理，對金屬基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清掃灰塵，并氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、采用熱噴涂設備在金屬基材表面制備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴涂涂層；步驟三、采用等離子轉(zhuǎn)移弧對金屬基材表面的熱噴涂涂層進行重熔后處理；步驟四、將經(jīng)等離子轉(zhuǎn)移弧重熔的金屬基材表面熱噴涂涂層及時置于環(huán)冷桶或采
3用石棉包裹緩冷并緩冷至室溫。上述的熱噴涂設備可以采用超音速火焰噴涂設備、等離子噴涂設備或爆炸噴涂設備。上述的熱噴涂涂層可以采用陶瓷、金屬或硬質(zhì)合金材料。上述等離子轉(zhuǎn)移弧重熔后處理的參數(shù)設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min,等離子氣流量 2-lOL/min。由于本發(fā)明提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法采用了上述技術(shù)方案， 即首先對金屬基材表面預處理，清洗、去污、吹掃和預熱，然后采用熱噴涂設備在金屬基材表面制備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴涂涂層；采用等離子轉(zhuǎn)移弧對金屬基材表面的熱噴涂涂層進行重熔，等離子轉(zhuǎn)移弧重熔的參數(shù)設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min，等離子氣流量2-4L/min。利用本方法可有效提高熱噴涂涂層與金屬基材的結(jié)合強度，尤其改變了涂層與金屬基材的結(jié)合方式，克服了熱噴涂涂層固有的缺陷，使熱噴涂涂層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1采用本方法熱噴涂涂層等離子轉(zhuǎn)移弧重熔后涂層與基材界面形貌，圖2采用本方法后涂層與基材界面能譜分析。
具體實施例方式本發(fā)明提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴涂前預處理，對金屬基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清掃灰塵，并氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、采用熱噴涂設備在金屬基材表面制備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴涂涂層；步驟三、采用等離子轉(zhuǎn)移弧對金屬基材表面的熱噴涂涂層進行重熔后處理；步驟四、將經(jīng)等離子轉(zhuǎn)移弧重熔的金屬基材表面熱噴涂涂層及時置于環(huán)冷桶或采用石棉包裹緩冷并緩冷至室溫。上述的熱噴涂設備可以采用超音速火焰噴涂設備、等離子噴涂設備或爆炸噴涂設備。上述的熱噴涂涂層可以采用陶瓷、金屬或硬質(zhì)合金材料。上述等離子轉(zhuǎn)移弧重熔后處理的參數(shù)設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度 40-100mm/min,等離子氣流量 2-lOL/min。應用本方法，可采用瑞士 Sulzer Metco公司的Workstar 600超音速火焰噴涂設備在經(jīng)過預處理的316L不銹鋼基材(50X50X20mm)表面噴涂0. 15mm厚的涂層，所用噴涂原料采用Metco公司的WC-Co (W0KA 3102)粉末，主要噴涂參數(shù)為煤油6. Ogal/hr、氧氣 1950scfh，噴距380mm，6寸槍管，送粉率75g/min ；等離子轉(zhuǎn)移弧能束涂層表面主要重熔參數(shù)為電流60A，焊槍移動速度70mm/min，等離子氣流量3L/min。也可采用美國I^raxair/TAFA公司的JP-5000超音速火焰噴涂設備在經(jīng)過預處理的316L不銹鋼基材(50X50X20mm)表面噴涂0. 2mm厚的涂層。所用噴涂原料為I^raxair/ TAFA公司的WC-Co (1342VM)粉末，主要噴涂參數(shù)為煤油6. lgal/hr、氧氣2050scfh，噴距 380mm，送粉率lOOg/min ；等離子轉(zhuǎn)移弧能束涂層表面主要重熔參數(shù)為電流70A，焊槍移動速度70mm/min，等離子氣流量2. 5L/min。如圖1和圖2所示，對以上兩例試樣經(jīng)過等離子轉(zhuǎn)移弧重熔后，熱噴涂涂層2與金屬基材1表面形成了一定的冶金結(jié)合層3界面，經(jīng)界面形貌和成分能譜分析，金屬基材1和涂層2材料元素在界面處互相擴散形成了冶金結(jié)合層3，顯著提高了熱噴涂涂層2與金屬基材1表面的結(jié)合強度。本方法充分利用等離子轉(zhuǎn)移弧能束的高集中性與高效率，采用等離子轉(zhuǎn)移弧重熔 (PTA)與熱噴涂復合技術(shù)在金屬基材表面獲得結(jié)構(gòu)致密、與金屬基材達到冶金結(jié)合的功能涂層。涂層結(jié)構(gòu)致密性及其與基材結(jié)合強度的提高有助于拓展熱噴涂涂層的應用范圍。本方法采用等離子轉(zhuǎn)移弧重熔(PTA)與熱噴涂復合技術(shù)在金屬基材表面獲得結(jié)構(gòu)致密、與基材形成冶金結(jié)合的功能涂層。其與激光重熔技術(shù)相比較，等離子轉(zhuǎn)移弧除了同樣具有焰流高能量、高集中的優(yōu)點，還存有等離子焰束斑較大、工作效率高、生產(chǎn)成本較低的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，其特征在于本方法包括如下步驟步驟一、金屬基材表面噴涂前預處理，對金屬基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清掃灰塵，并氧乙炔火焰預熱至80-120°C ；步驟二、采用熱噴涂設備在金屬基材表面制備一層厚度為0. 1-0. 5mm的熱噴涂涂層； 步驟三、采用等離子轉(zhuǎn)移弧對金屬基材表面的熱噴涂涂層進行重熔后處理； 步驟四、將經(jīng)等離子轉(zhuǎn)移弧重熔的金屬基材表面熱噴涂涂層及時置于環(huán)冷桶或采用石棉包裹緩冷并緩冷至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，其特征在于 所述熱噴涂設備是超音速火焰噴涂設備、等離子噴涂設備或爆炸噴涂設備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，其特征在于 所述熱噴涂涂層是陶瓷、金屬或硬質(zhì)合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，其特征在于 等離子轉(zhuǎn)移弧重熔后處理的參數(shù)設置為重熔電流30-120A，、焊槍移動速度40-100mm/min， 等離子氣流量2-10L/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高熱噴涂涂層與金屬基材結(jié)合強度的方法，其首先對金屬基材表面預處理，清洗、去污、吹掃和預熱，然后采用熱噴涂設備在金屬基材表面制備一層厚度為0.1-0.5mm的熱噴涂涂層；采用等離子轉(zhuǎn)移弧對金屬基材表面的熱噴涂涂層進行重熔，等離子轉(zhuǎn)移弧重熔的參數(shù)設置為重熔電流30-120A，焊槍移動速度40-120mm/min，等離子氣流量2-10L/min。利用本方法可有效提高熱噴涂涂層與金屬基材的結(jié)合強度，尤其改變了涂層與金屬基材的結(jié)合方式，克服了熱噴涂涂層固有的缺陷，使熱噴涂涂層滿足苛刻工況的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。
文檔編號C23C4/12GK102286718SQ20101020174
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者傅衛(wèi), 尹志堅, 王樹保, 譚興海 申請人:上海寶鋼設備檢修有限公司