一種噴涂方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種噴涂方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業和科學技術的發展，一些在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質等條件下工作的部件，往往因其表面局部損壞而使整個部件報廢，最終導致設備停用。因此，人們對機械設備部件的表面性能提出愈來愈高的要求，研究和開發材料的表面處理技術具有重大的科研和經濟價值。
[0003]熱噴涂技術是表面防護和強化的技術之一，近年來在機械制造和設備維修中得到廣泛應用。熱噴涂技術將絲材或粉材加熱到熔化或半熔化的狀態，并且加速到合適的速度，使其撞擊到基體表面，噴涂粒子連續沉積形成涂層。燃燒或電弧放電是熱噴涂技術的常用熱源，適用于熱噴涂技術的材料包括金屬、合金、陶瓷、塑料和復合材料。自1908年瑞士人M.U.Schoop博士發明熱噴涂技術以來，熱噴涂方法不斷創新。20世紀70年代，等離子噴涂首次出現；20世紀80年代，一種新的熱噴涂方法-超音速火焰噴涂(High velocity oxygenfuel, HVOF)被開發出來；20世紀90年代，冷動力噴涂加入熱噴涂家族，隨著熱噴涂技術和方法的逐漸完善和提高(主要表現在設備機械化、智能化，噴涂材料標準化、商業化，新型熱源不斷涌現，涂層質量顯著提高)，熱噴涂技術逐漸被市場接受，并得到廣泛應用。
[0004]熱噴涂涂層可以對金屬工件起到良好的保護作用，例如防腐蝕、耐磨損、抗氧化和耐高溫，由于熱噴涂技術方法靈活，操作方便，應用范圍廣，在我國得到了快速發展，目前已經在諸多部門和行業得到了廣泛的應用，如航空航天、工程機械、鐵路等。
[0005]根據結構不同，熱噴涂涂層包括以下幾類:合金涂層、納米涂層、非晶涂層以及由不同材料構成的復合涂層。近年來，隨著對涂層材料多能功、高質量等綜合性能要求的提高，納米涂層、特種合金涂層、復合涂層以及非晶涂層的使用逐漸成為熱噴涂材料的發展趨勢。
[0006]1.火焰噴涂
[0007]火焰噴涂技術發明于20世紀初，是最早出現的熱噴涂方法。火焰噴涂以氣體燃燒為熱源，粒子速度一般低于150m/s，溫度一般為280(TC，原材料必須加熱到熔化狀態進行沉積，適用范圍僅限于熔點較低的金屬或合金。火焰噴涂具有操作簡單、投資少等優點。但是由于火焰噴涂所制備的涂層含有部分半熔化顆粒，孔隙率較高，氧化比較嚴重，所以其涂層致密度較低。
[0008]2.電弧噴涂
[0009]20世紀20年代，瑞士人M.U.Schoop博士發明了電弧噴涂技術，后經日本人和德國人改進，逐漸得到推廣應用。該技術以兩根絲狀金屬材料在噴槍端部短路產生的電弧為熱源，使用壓縮空氣將熔化的金屬絲霧化，然后以較高的速度噴射到基體表面形成涂層。由于電弧噴涂具有很高的能量密度，從而使熔化粒子獲得較高的溫度高和速度，其涂層與基體間的結合強度明顯高于火焰噴涂涂層。
[0010]3.等離子噴涂
[0011]等離子噴涂主要包括常壓等離子噴涂和低壓等離子噴涂，它是繼火焰噴涂和電弧噴涂之后發展起來的一種新型噴涂技術，其工業應用始于20世紀70年代。由于等離子弧產生的溫度非常高，約15000°C，粒子流速度達300-400m/s，適合于噴涂多種高熔點的材料。與以上兩種方法相比，等離子噴涂的涂層孔隙率較低，結合強度較高，噴涂效率高，因此在航空、冶金、機械、機車車輛等部門得到廣泛應用，是一種重要的熱噴涂技術。
[0012]4.爆炸噴涂
[0013]爆炸噴涂技術出現在20世紀50年代后期，由美國的聯合碳化物公司林德分公司發明。烏克蘭學院的材料所與焊接所(前蘇聯)在20世紀60年代，對爆炸噴涂進行了研究，成功開發出了爆炸噴涂設備。爆炸噴涂是將一定量的粉末注入噴槍的燃爆室中，燃爆室中的氣體混合物發生時間間隔可控的爆炸燃燒，所產生的高速熱氣流將粉末粒子加熱到塑性或熔化狀態并使粉末粒子獲得加速，噴射到經預處理的基體表面上形成涂層的方法。爆炸噴涂所產生的氣流溫度高達3450°C，速度達3000m/s。
[0014]5超音速火焰噴涂
[0015]超音速火焰噴涂技術是20世紀80年代逐漸發展起來的一種新型熱噴涂技術。它利用煤油、丙烷、丙烯等燃料與高壓氧氣或空氣在燃燒室內連續燃燒，燃燒的火焰在燃燒室內產生高壓并通過與燃燒室出口聯接的膨脹噴嘴產生高速熔流，噴涂材料送入高速射流中被加熱，加速噴射到經預處理的基體表面上形成涂層。由于其焰流速度可達到1400m/s，甚至1770m/s，即音速的4?5倍，因此稱其為超音速噴涂。該方法所制備的涂層孔隙率低、氧化程度低、與基體結合緊密，因此逐漸成為一種應用廣泛的熱噴涂技術，其市場占有率約25%左右。可用于超音速噴涂的材料非常廣泛，包括各種金屬、合金以及陶瓷粉末；超音速噴涂的適用范圍很廣泛，可以用來制備各種防腐蝕、耐磨損等涂層，在各種領域(包括航空航天、石油化工、紡織機械等)得到廣泛應用。
[0016]綜合比較幾種主要的熱噴涂方法，可以發現，超音速噴涂具有較低的火焰溫度和較高的粒子速度，因而其制備的涂層結合強度較高，孔隙率最低，優勢明顯。20世紀90年代初期，Dr.V.Baranovski和他的同事在理論上證明了活性燃燒高速燃氣噴涂(ActivatedCombust1n-High Velocity Air Fuel)的可行性；90年代中期，美國Browning公司開發出了一種新型超音速火焰噴涂系統-活性燃燒高速燃氣噴涂(HVAF)，它是介于傳統超音速火焰噴涂和冷噴涂之間的一種新噴涂方法，其原理是通過壓縮氣體與燃料(丙烷、丙烯、MAPP氣體、天然氣等)燃燒產生的高速氣流加熱粉體，使之加熱到熔融或半熔融狀態，同時將粉體加速至700m/s以上噴射到基體表面，從而沉積成致密度高和氧化物含量低的涂層。該噴涂方法對噴涂材料的熱退化影響非常低，制備的涂層具有良好的耐腐蝕及耐磨損性能，而且生產效率比傳統超音速火焰噴涂高。
[0017]HVAF是超音速火焰噴涂(HV0F)技術的新發展，它與HV0F的主要不同在于以空氣替代氧氣作為液體燃料氧化劑。HVAF在保留HV0F優點的同時，具有以下改進:
[0018](1)進一步降低了火焰溫度(約2400K)，顆粒溫度由1900K以上降至1600K以下，大幅改善了噴嘴沉積堵塞難題；
[0019](2)以空氣代替氧氣，并且放寬了對粉末材料粒度的限制，從而降低了 50%左右的涂層制作成本；
[0020](3)噴涂系統與備件的價格大幅度降低；
[0021 ] (4)沉積生產效率高，其噴涂速率是HV0F的5?10倍，沉積效率也優于HV0F ;
[0022](5)進一步降低了涂層中的氧化物含量；
[0023](6)生產安全系數大幅度提高；
[0024](7)能源利用率太幅度提尚。
[0025]自從超音速噴涂技術被開發出來，以美國為代表的許多發達國家都對超音速噴涂方法和設備進行了廣泛的研究和應用。目前，商業化最成功的超音速噴涂設備是美國TAFA公司的HV0F-JP5000噴涂系統和美國UNIQUEC0AT公司的AC-HVAF噴涂系統。
【發明內容】
[0026]本發明的目的在于提出一種噴涂方法。
[0027]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0028]—種噴涂方法，該方法為活性燃料高速燃氣噴涂方法，將基體材料表面處理以后，采用壓縮空氣作為助燃劑的超音速火焰噴涂技術，火焰溫度為1800度左右，將陶瓷涂層噴涂于基體的表面，以提高基體的性能，包括:基體材料除銹一一水洗一一丙酮除油一一烘干噴砂確定活性燃料尚速燃氣噴涂方法參數結果檢驗。基體材料包括Q235鋼或鋁合金，陶瓷涂層為WC-12CO。活性燃料高速燃氣噴涂的火焰溫度為1800度，壓縮空氣壓力為0.4——0.6MPa，丙烯壓力為0.4——0.5MPa，氫氣壓力為0.2——0.3MPa，送粉率為4——8kg/h，試樣轉速為200——400r/min，涂層厚度為200——300 μ m。
【具體實施方式】
[0029]實施例1
[0030]一種噴涂方法，該方法為活性燃料高速燃氣噴涂方法，將基體材料表面處理以后，采用壓縮空氣作為助燃劑的超音速火焰噴涂技術，火焰溫度為1800度左右，將陶瓷涂層噴涂于基體的表面，以提尚基體的性能，包括:基體材料除銹水洗丙酮除油烘干噴砂確定活性燃料尚速燃氣噴涂方法參數結果檢驗。基體材料為Q235鋼，陶瓷涂層為WC-12CO。活性燃料高速燃氣噴涂的火焰溫度為1800度，壓縮空氣壓力為0.42MPa，丙烯壓力為0.4MPa，氫氣壓力為0.2MPa，送粉率為5.lkg/h，試樣轉速為20000r/min，涂層厚度為200——300 μ m，涂層的硬度為1287HV，涂層的孔隙率為2.0%。
[0031]實施例2
[0032]—種噴涂方法，該方法為活性燃料高速燃氣噴涂方法，將基體材料表面處理以后，采用壓縮空氣作為助燃劑的超音速火焰噴涂技術，火焰溫度為1800度左右，將陶瓷涂層噴涂于基體的表面，以提高基體的性能，包括:基體材料除銹一一水洗一一丙酮除油一一烘干一一噴砂一一確定活性燃料高速燃氣噴涂方法參數一一結果檢驗。基體材料為鋁合金，陶瓷涂層為WC-12Co+Ni60。活性燃料高速燃氣噴涂的火焰溫度為1800度，壓縮空氣壓力為0.45MPa，丙烯壓力為0.48MPa，氫氣壓力為0.29MPa，送粉率為6.lkg/h,試樣轉速為230r/min，涂層厚度為235 μ m，涂層的硬度為1027HV，涂層的孔隙率為1.5%，損耗實驗表明，耐磨性得到明顯提高。
【主權項】
1.一種噴涂方法，該方法為活性燃料高速燃氣噴涂方法，其特征在于將基體材料表面處理以后，采用壓縮空氣作為助燃劑的超音速火焰噴涂技術，火焰溫度為1800度左右，將陶瓷涂層噴涂于基體的表面，以提高基體的性能，包括:基體材料除銹一一水洗一一丙酮除油一一烘干一一噴砂一一確定活性燃料高速燃氣噴涂方法參數一一結果檢驗。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基體材料包括Q235鋼或鋁合金，陶瓷涂層為WC-12CO。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性燃料高速燃氣噴涂的火焰溫度為1800度，壓縮空氣壓力為0.4——0.6MPa，丙烯壓力為0.4——0.5MPa，氫氣壓力為.0.2——0.3MPa，送粉率為4——8kg/h，試樣轉速為200——400r/min,涂層厚度為200——.300 μ m.
【專利摘要】本發明公開了一種噴涂方法，該方法為活性燃料高速燃氣噴涂方法，將基體材料表面處理以后，采用壓縮空氣作為助燃劑的超音速火焰噴涂技術，火焰溫度為1800度左右，將陶瓷涂層噴涂于基體的表面，以提高基體的性能，包括：基體材料除銹—水洗—丙酮除油—烘干—噴砂—確定活性燃料高速燃氣噴涂方法參數—結果檢驗。基體材料包括Q235鋼或鋁合金，陶瓷涂層為WC-12Co。活性燃料高速燃氣噴涂的火焰溫度為1800度，壓縮空氣壓力為0.4-0.6MPa，丙烯壓力為0.4-0.5MPa，氫氣壓力為0.2-0.3MPa，送粉率為4-8kg/h，試樣轉速為200-400r/min，涂層厚度為200-300μm。該發明的火焰溫度比普通超聲速火焰噴涂的溫度低，因此氧化物的含量有效減小，從而進一步提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蝕性，延長零件的使用壽命。
【IPC分類】C23C4/129
【公開號】CN105256269
【申請號】CN201510767424
【發明人】唐靖嵐
【申請人】無錫清楊機械制造有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月11日