一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于陶瓷防護涂層的制備【技術領域】，具體涉及一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法。本發(fā)明的方法包括以下步驟：步驟1基材預處理；步驟2制備粘結層材料、陶瓷層材料；步驟3噴涂粘結層；步驟4噴涂陶瓷層。本發(fā)明的方法解決了現(xiàn)有技術的絕緣涂層難以兼?zhèn)淞己玫牧W性能和電絕緣性、無法較好地避免聚變反應過程中發(fā)生材料咬合現(xiàn)象的技術問題。本發(fā)明的方法通過等離子噴涂技術一次性在大面積金屬表面形成絕緣防咬合涂層，形成的涂層耐高溫、隔熱、化學穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)陶瓷涂層與金屬基材材料之間的良好結合。
【專利說明】一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷防護涂層的制備【技術領域】，具體涉及一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法。
【背景技術】
[0002]在聚變反應堆裝置內由于導體本身電阻的存在，導體內的感應渦流也將同時產(chǎn)生焦耳熱，尤其是對于電阻率較大的材料中這種加熱現(xiàn)象會十分明顯，使材料迅速達到很高的溫度，甚至會造成微區(qū)熔化使材料咬合在一起，導致結構件失效。因此，在聚變反應堆結構件表面涂覆一定厚度的耐高溫、隔熱、且兼?zhèn)淞己玫牧W性能和電學性能特點的多功能涂層，可以保證此結構件在聚變反應堆中長期服役。
[0003]目前，鑒于樹脂基復合材料優(yōu)異的粘結性能、固化收縮率小、工藝性好、電性能好和穩(wěn)定性好等特點，使其廣泛應用在聚變反應堆結構件表面作為絕緣涂層。然而，樹脂基復合材料不可避免的存在質脆、不耐沖擊和應力開裂等力學性能不足的特點，且其電阻率存在各向異性，增加了安裝和使用過程的復雜性，使其無法滿足聚變反應堆發(fā)展對絕緣涂層提出的更高需求。
[0004]因此，尋找更方便地在聚變反應堆支撐結構件表面制備絕緣防咬合涂層的技術，使制備的涂層兼?zhèn)淞己玫牧W性能和電絕緣性能特點，防止聚變反應過程中發(fā)生材料咬合現(xiàn)象，并能一次性地在大面積金屬表面制備出具有絕緣防咬合的陶瓷涂層，是本領域亟待解決的問題之一。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明需要解決的技術問題為:現(xiàn)有技術中的絕緣涂層，難以兼?zhèn)淞己玫牧W性能和電絕緣性，無法較好地避免聚變反應過程中發(fā)生的材料咬合現(xiàn)象。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下所述:
[0007]—種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，包括以下步驟:步驟I基材預處理；步驟2制備粘結層材料、陶瓷層材料；步驟3噴涂粘結層；步驟4噴涂陶瓷層。
[0008]步驟I具體包括以下步驟:對金屬基材表面進行去油污處理；超聲波清洗；并脫水干燥。
[0009]作為優(yōu)選方案，步驟I還可以為:切割金屬基材；對金屬基材表面進行去油污處理，超聲波清洗，并脫水干燥；噴砂處理。
[0010]步驟I中，金屬基材可以為316LN不銹鋼材料；可以采用丙酮進行去油污處理；可以采用無水乙醇進行超聲波清洗；所述噴砂處理的工藝參數(shù)可以為:砂粒采用棕剛玉，噴砂壓力0.4-0.6MPa,噴砂時間20_100s。
[0011]步驟2中，粘結層材料采用316LN不銹鋼或NiAl鎳包鋁粉末，粉末粒徑優(yōu)選在15-45 μ m之間；陶瓷層材料采用Al2O3-TiO2復合粉末，Al2O3JiO2的質量比可以為97:3，粉末粒徑優(yōu)選在22.5-45 μ m之間。[0012]步驟3中，控制基材溫度可以為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂粘結層；步驟4中，控制基材溫度可以為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂陶瓷層。
[0013]步驟3中，噴涂粘結層的工作參數(shù)可以為:電弧電壓65-75V，電弧電流580-620A，Ar流量40-50L/min, H2流量5_8L/min,噴涂距離為80-120mm,送粉量10_20g/min ;粘結層噴涂厚度可以為50-100 μ m ；
[0014]步驟4中，噴涂陶瓷層的工作參數(shù)可以為:電弧電壓65-75V，電弧電流600-630A，Ar 流量 35_45L/min,H2 流量 10_15L/min,噴涂距離為 100-150mm,送粉量 25_35g/min ;陶瓷層厚度可以為250-350 μ m。
[0015]步驟3、步驟4中，優(yōu)選對基材采用壓縮空氣吹冷卻的方式進行冷卻處理，冷卻氣體的流量可以為100-1000L/min。[0016]本發(fā)明的有益效果為:
[0017](I)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，通過等離子噴涂技術一次性在大面積金屬表面形成絕緣防咬合涂層，經(jīng)濟便捷，有利于實現(xiàn)結構件的長壽命使用；
[0018](2)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，具有良好的抗熱沖擊性能和電絕緣性能，且涂層的耐高溫、隔熱、化學穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)陶瓷涂層與金屬基材材料之間的良好結合，充分發(fā)揮陶瓷涂層的優(yōu)勢；
[0019](3)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，采用等離子噴涂工藝，易操作、成本低，能夠進行大面積作業(yè)，滿足厚度要求；與現(xiàn)有的化學氣相沉積技術的成本高，沉積涂層厚度薄相比，本發(fā)明成本低，可制備出厚度達Imm的陶瓷涂層；
[0020](4)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，沉積陶瓷層時，通過調整噴槍的功率，確保了陶瓷涂層中更多C1-Al2O3穩(wěn)定相的存在，減少涂層中的Y-Al2O3亞穩(wěn)相的出現(xiàn)；
[0021](5)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，在沉積陶瓷層時，對含有粘結層的基材進行預熱一定溫度，防止粉體在到達粘結層時冷卻速度過快而造成殘余應力攀升，提高了涂層內部的結合力；
[0022](6)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，采用氧化鋁作為陶瓷涂層材料，其介電性能好，可靠性強。本發(fā)明所制備的氧化鋁涂層的體積電阻率在5.0X109-8.5 X IO9 Ω.m，介電擊穿強度 >10kV/mm ；
[0023](7)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，涂層的抗熱沖擊性能好:本發(fā)明制備的陶瓷層內存在孔隙，該空隙對釋放涂層中的殘余應力有明顯的作用，利于提高陶瓷涂層的抗熱沖擊能力；
[0024](8)本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，涂層內的殘余應力減小，涂層具有良好的結合強度:本發(fā)明通過316LN不銹鋼或NiAl (鎳包鋁)粘結層的過渡，可以緩解由氧化鋁與基材之間熱膨脹系數(shù)差異引起的殘余應力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法的等離子噴涂系統(tǒng)的原理示意圖?！揪唧w實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法進行詳細說明。
[0027]本發(fā)明的采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，包括以下步驟:
[0028]步驟I基材預處理
[0029]對金屬基材表面進行去油污處理，超聲波清洗，并脫水干燥。
[0030]所述金屬基材可以為316LN不銹鋼材料。
[0031]作為優(yōu)選方案:在去油污處理之前，可按固定規(guī)格切割金屬基材；采用丙酮進行去油污處理；采用無水乙醇進行超聲波清洗。
[0032]此外，作為進一步的優(yōu)選方案，步驟I中，在脫水干燥后，用噴砂機對表面進行噴砂處理，以提高等離子噴涂涂層和基材的結合強度。具體而言，噴砂處理的工藝參數(shù)為:砂粒采用46#棕剛玉(主要成分為Al2O3)，噴砂壓力0.4-0.6MPa，噴砂時間20_100s。
[0033]步驟2制備粘結層材料、陶瓷層材料
[0034]粘結層材料采用316LN不銹鋼或NiAl鎳包鋁粉末，其粉末粒徑均在15_45 μ m之間；
[0035]陶瓷層材料采用Al2O3-TiO2復合粉末，其中，A1203、TiO2的質量比為97:3，粉末粒徑在22.5-45 μ m之間。
[0036]步驟3噴涂粘結層`
[0037]控制基材溫度為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂粘結層，粘結層厚度為50-100 μ m。噴涂粘結層的工作參數(shù)為:電弧電壓65-75V，電弧電流580-620A，Ar流量40-50L/min, H2 流量 5_8L/min,噴涂距離為 80-120mm,送粉量 10_20g/min。
[0038]噴涂過程中，可以對基材采用壓縮空氣吹冷卻的方式進行冷卻處理，冷卻氣體的流量優(yōu)選為100-1000L/min。
[0039]步驟4噴涂陶瓷層
[0040]控制基材溫度為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂陶瓷層，陶瓷層厚度為250-350 μ m。噴涂陶瓷層的工作參數(shù)為:電弧電壓65-75V，電弧電流600-630A，Ar流量35-45L/min, H2 流量 10_15L/min，噴涂距離為 100-150_，送粉量 25_35g/min。
[0041]噴涂過程中，可以對基材采用壓縮空氣吹冷卻的方式進行冷卻處理，冷卻氣體的流量優(yōu)選為100-1000L/min。
[0042]實施例1
[0043]選用市售的316LN不銹鋼為基材材料，試樣尺寸為20mmX 30mmX 10mm，用丙酮對噴涂表面進行去油污處理，無水乙醇超聲波清洗，脫水干燥，最后用噴砂機對表面進行噴砂處理，使表面粗糙度Ra達到3.5μπι。采用等離子噴涂設備MF-P1000進行噴涂，制備的絕緣防咬合涂層包括兩個部分:粘結層和作為面層的絕緣陶瓷層，粘結層采用316LN不銹鋼粉末，Al203-3Ti02為陶瓷層，控制基材溫度為100-200°C，其等離子噴涂的工藝參數(shù)見表1:
[0044]表1實施例1等離子噴涂工藝參數(shù)
[0045]
【權利要求】
1.一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I基材預處理； 步驟2制備粘結層材料、陶瓷層材料； 步驟3噴涂粘結層； 步驟4噴涂陶瓷層。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟I具體包括以下步驟: 對金屬基材表面進行去油污處理；超聲波清洗；并脫水干燥。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟I具體包括以下步驟: 切割金屬基材；對金屬基材表面進行去油污處理，超聲波清洗，并脫水干燥；噴砂處理。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種采`用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟I中， 金屬基材為316LN不銹鋼材料； 采用丙酮進行去油污處理； 采用無水乙醇進行超聲波清洗； 所述噴砂處理的工藝參數(shù)為:砂粒采用棕剛玉，噴砂壓力0.4-0.6MPa，噴砂時間20_100s ο
5.根據(jù)權利要求1或2所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟2中， 粘結層材料采用316LN不銹鋼或NiAl鎳包鋁粉末；陶瓷層材料采用Al2O3-TiO2復合粉末。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟2中，粘結層材料的粉末粒徑在15-45 μ m之間；陶瓷層材料中，Al203、Ti02的質量比為97:3，粉末粒徑在22.5-45 μ m之間。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟3中，控制基材溫度為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂粘結層；步驟4中，控制基材溫度為100-200°C，采用等離子噴涂技術噴涂陶瓷層。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟3中，噴涂粘結層的工作參數(shù)為:電弧電壓65-75V，電弧電流580-620A，Ar流量40-50L/min,H2流量5_8L/min,噴涂距離為80-120mm,送粉量10_20g/min ;粘結層噴涂厚度為 50-100 μ m ； 步驟4中，噴涂陶瓷層的工作參數(shù)為:電弧電壓65-75V，電弧電流600-630A，Ar流量35-45L/min, H2流量10_15L/min，噴涂距離為100-150mm，送粉量25_35g/min ;陶瓷層厚度為 250-350 μ m。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟3、步驟4中，對基材采用壓縮空氣吹冷卻的方式進行冷卻處理。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種采用等離子噴涂技術制備絕緣防咬合涂層的方法，其特征在于: 步驟3、步驟4中，采用壓縮空氣吹冷卻的方式對基材進行冷卻處理，冷卻氣體的流量為 100-1000L/min。`
【文檔編號】C23C4/10GK103866224SQ201210530161
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權日:2012年12月11日
【發(fā)明者】李鵬遠, 鄧春明, 羅蓉蓉, 楊震曉, 韓石磊, 鄧暢光, 康道安, 周曉璐, 徐穎 申請人:核工業(yè)西南物理研究院, 廣州有色金屬研究院