[發明專利]一種不銹鋼表面納米氧化鋯熱障涂層材料及其制備工藝

在審

• 申請號: 201510508634.2
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN106702303A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 宋仁國;項南;宋若希;王超;鄭曉華;熊纓
• 申請（專利權）人: 寧波瑞隆表面技術有限公司
• 主分類號: C23C4/12
• 分類號: C23C4/12;C23C4/06;C23C4/10
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技術領域

本發明涉及一種不銹鋼表面納米氧化鋯熱障涂層材料及其制備工藝，屬于等離子噴涂技術領域。

背景技術

烤管機是熒光燈管生產線中的重要設備，其主要部件（鋼管）的材料為316L不銹鋼。由于其工作在1000℃左右的高溫環境且承受熱循環載荷，因此很容易發生高溫氧化和熱疲勞失效，導致停產及設備報廢。此外，烤管機所用熱源為天然氣，由于不銹鋼自身的熱導率比較高，因此散熱比較快。如果不銹鋼管表面沒有熱障涂層，將消耗更多的天然氣，從而浪費能源、排放更多的溫室氣體。所以，迫切需要解決該設備關鍵部件的表面防護問題。本發明通過等離子噴涂技術在316L不銹鋼表面制備納米氧化鋯熱障涂層，有望顯著提高不銹鋼管的性能和使用壽命。

等離子噴涂所制備的陶瓷涂層具有優異的耐摩擦磨損、抗氧化、抗熱震等優良性能，可以對金屬部件提供全方位的有效保護，被廣泛應用于很多領域。但是等離子噴涂制備的傳統氧化鋯熱障涂層（即微米級涂層）也存在一些不足，如涂層的抗高溫氧化性能較差、容易發生熱疲勞失效等等，這些缺點嚴重限制了等離子噴涂陶瓷涂層的應用范圍。

發明內容

為解決等離子噴涂制備傳統氧化鋯熱障涂層材料技術中存在的上述不足，本發明提供了一種不銹鋼表面納米氧化鋯熱障涂層材料及其制備工藝。

為達到發明目的，本發明所采用的技術方案是：一種不銹鋼表面納米氧化鋯熱障涂層材料及其制備工藝，該制備工藝包括三個階段，即預處理階段、制備過渡層階段及制備納米熱障涂層階段，其中：

（1）預處理階段：超聲波清洗不銹鋼基體以去除表面的氧化物、油污及其他污垢，然后利用射吸式噴砂機對試樣表面進行噴砂處理，然后再次對已經粗化的表面進行超聲清洗，以除去殘留雜物；

所述不銹鋼基體為316L不銹鋼，由C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo元素組成，各組分的百分含量為：C≤0.03%，Si≤1.00%，Mn≤2.00%，P≤0.035%，S≤0.030%，Cr=16.0-18.0%，Ni=12.0-15.0%，Mo=2.0-3.0%；

（2）制備過渡層階段：采用等離子噴涂設備在經過預處理的基體試樣上直接進行噴涂作業，噴涂的鎳包鋁涂層厚度約50～90μm；

所述鎳包鋁過渡層的等離子噴涂工藝參數為：噴涂材料是KF-2鎳包鋁粉末，主氣流量40L/h，送粉壓力0.4MPa，噴涂距離100~150mm；

（3）制備納米熱障涂層階段：在制備好的過渡層之上采用等離子噴涂制備納米熱障涂層；

所述等離子噴涂工藝參數為：噴涂功率30～45kW，主氣流量40L/h，送粉壓力0.4MPa，噴涂距離80~100mm；

制備納米熱障涂層所用的材料為納米級氧化鋯陶瓷粉末8wt.% Y₂O₃-ZrO₂（簡稱納米8YSZ喂料）。

本發明的有益效果為：（1）所述納米熱障涂層的顯微硬度高，耐磨性能優良；（2）抗氧化及抗熱震性能較好；（3）原料廉價、普通，工藝簡單、成本較低，利于工業化生產。

具體實施方式

下面結合具體方式對本發明進行進一步描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護范圍。

實施例1：

（1）預處理階段：超聲波清洗不銹鋼基體以去除表面的氧化物、油污及其他污垢，然后利用射吸式噴砂機對試樣表面進行噴砂處理，然后再次對已經粗化的表面進行超聲清洗，以除去殘留雜物；

（2）制備過渡層階段：采用等離子噴涂設備在經過預處理的基體試樣上用KF-2鎳包鋁粉末作為噴涂材料直接進行噴涂作業，得到厚度為50μm的過渡層，主氣流量40L/h，送粉壓力0.4MPa，噴涂距離150mm；

（3）制備納米熱障涂層階段：在制備好的過渡層之上采用等離子噴涂用納米8YSZ喂料作為噴涂材料制備8YSZ納米熱障涂層，45kW，主氣流量40L/h，送粉壓力0.4MPa，噴涂距離90mm，所得納米熱障涂層厚度為0.15 mm。

實施例2：

（1）預處理階段：超聲波清洗不銹鋼基體以去除表面的氧化物、油污及其他污垢，然后利用射吸式噴砂機對試樣表面進行噴砂處理，然后再次對已經粗化的表面進行超聲清洗，以除去殘留雜物；