[發(fā)明專利]一種高結合強度的等離子噴涂涂層材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108411243B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設計）人: 李輝;丁影影;李玉濤;趙傳星;林健;符寒光
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/08;C23C4/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種高結合強度的等離子噴涂涂層材料及其制備方法屬于材料表面工程領域。該方法通過等離子噴涂大尺寸(大于200μm)的高熔點(大于1400℃)合金顆粒，保證與顆粒接觸的基體微區(qū)發(fā)生熔化并與之形成冶金結合。本方法可以使用等離子噴粉或者等離子噴絲的方式進行，噴涂粉末時，使用槍內送粉的方式進行。噴涂絲材時，通過調整送絲速率與噴涂功率和等離子氣流量，絲材被霧化后形成大量200μm以上的顆粒。采用本發(fā)明制備的涂層的結合強度要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)等離子噴涂涂層。

技術領域

本發(fā)明涉及表面工程領域，特別涉及等離子噴涂金屬涂層。

背景技術

結合強度是決定涂層使用壽命的一項重要性能，但熱噴涂涂層的結合強度一般偏低，限制了它在工業(yè)中的廣泛應用。提高涂層與基材之間的結合強度對于熱噴涂涂層的工程應用具有十分重要的意義。

大多數(shù)情況下，熱噴涂涂層與基體的結合以機械咬合為主，所以熱噴涂前需要對基體進行噴砂粗化處理以增強涂層與基體的結合。只有極少數(shù)情況下涂層與基體能形成少量的局部冶金結合點，比如當基材為熔點較低的鋁、鎂等材料同時選擇噴涂高熔點的Mo、NiAl等材料進行噴涂，但是涂層結合強度仍然不甚理想。除了WC-Co等具有很大剛度的硬質涂層以外，一般熱噴涂380μm厚度以上的金屬涂層的結合強度都在20-30MPa之間。

為了提高涂層與基體的結合，本發(fā)明通過提高噴涂顆粒尺寸并改進噴涂材料成分的手段，提高了噴涂顆粒所攜帶的熱量，確保了基體能發(fā)生熔化并與涂層形成大面積的冶金結合區(qū)，這樣顯著改善了涂層與基體的結合方式，顯著提升了涂層的結合強度，在磨拋的基體上噴涂涂層的結合強度遠高于噴砂處理時的結合強度。

發(fā)明內容

一種實現(xiàn)高結合強度的等離子噴涂方法，其特征在于，涂層材料原料的形式為粉末或絲材，其成份中包含90-95％質量分數(shù)為熔點高于1400℃的單質金屬元素以及質量分數(shù)為5％～10％的易氧化的元素，易氧化的元素為Al、Si、Zr、Ti等之一或幾種；

粉末的平均粒度在200μm以上；采用等離子噴涂粉末的方式，粉末從噴槍內進入，粉末進入方向與射流同軸或者與射流不同軸，保證顆粒能被完全熔化，而且顆粒的溫度高于熔點100℃以上，即呈現(xiàn)過熱狀態(tài)；

絲材為實心絲材或粉芯絲材，直徑1.2-3.2mm之間；采用等離子噴涂絲材的方式，絲材送進的方向與射流同軸或者與射流不同軸，送絲速率在0.5-3m/min之間，得到霧化后的顆粒平均粒徑大于200μm，溫度高于熔點100℃以上，即呈現(xiàn)過熱狀態(tài)。

涂層與基體局部形成了冶金結合。

熔點高于1400℃的單質金屬元素為Ni、Mo、Cr、Fe等。

本發(fā)明通過提高噴涂顆粒尺寸及噴涂材料的成分設計，提出實現(xiàn)冶金結合的方法：

1.噴涂材料主體成分為熔點高于1400℃度以上的單質金屬元素，并包含一種或幾種質量分數(shù)在5％～10％內的易氧化的元素，包括Al,Si,Zr,Ti。其形式可以是粉末也可以是絲材。

2.噴涂過程中粉末顆粒的尺寸在200μm以上，

3.采用粉末噴涂時，采用槍內送粉的方法，以增加大顆粒的加熱時間，使其完全熔化，顆粒溫度高于熔點100℃，呈過熱狀態(tài)。

4.采用金屬絲材噴涂時，通過協(xié)調控制送絲速率及射流溫度與速度，以得到霧化顆粒的平均粒徑大于200μm。

附圖說明

圖1(a)不同軸槍內送絲(粉)示意圖

圖1(b)同軸槍內送絲(粉)示意圖

圖2 65Mn基體冶金結合

圖3 7075鋁合金基體冶金結合

圖4 Q235基體冶金結合