[發明專利]一種用于滲氮基體上制備結合性能良好噴涂層的方法

在審

• 申請號: 201910916340.1
• 申請日: 2019-09-26
• 公開（公告）號: CN110484850A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 董麗虹;王海斗;靖建農;郭偉;徐雅薇;王朋;李少凡
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: C23C4/02
• 分類號: C23C4/02;C23C4/134;C23C4/06
• 代理公司: 11794 北京知匯林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 董濤<國際申請>=<國際公布>=<進入國

一種用于滲氮基體上制備結合性能良好噴涂層的方法，通過磨削基體上滲氮層或基體表面織構化處理或磨削基體滲氮層和基體表面織構化處理共同處理以提高基體表面粗糙度來增強等離子噴涂的噴涂層的結合強度。

技術領域

本發明屬于涂層制備技術領域，具體為一種用于滲氮基體上制備結合性能良好噴涂層的方法。

背景技術

等離子噴涂作為一種先進的涂層制備技術，能在不同尺寸、形狀的基體上制備具有防腐、耐磨、耐高溫、抗氧化、自潤滑等多種性能的涂層，并且由于其熱源溫度可控且范圍可達2500℃～10000℃，可制備原材料為金屬合金、陶瓷、塑料等不同種類的涂層。等離子噴涂的另外一個巨大優勢，即在噴涂過程中的基體受熱溫度低(<200℃)，基體的組織和性能幾乎不發生任何變化，其彎曲變形程度可以忽略，且涂層厚度可在較大范圍內變化，為修復不同損傷的再制造毛坯提供了可能。然而由于等離子噴涂技術自身的局限性，噴涂涂層也同樣存在一些不足，例如，涂層內部有孔隙、裂紋等缺陷，力學性能等要弱于同種實體材料；涂層與基體結合方式為機械結合，結合強度低，這些不利因素限制了等離子噴涂涂層的應用范圍。

噴涂層與基體之間的結合強度是反應涂層服役性能的重要指標。鑒于噴涂層與基體之間的結合方式是機械結合，故需對基體進行預處理以提供有利于與涂層結合的良好環境。噴砂作為傳統的基體預處理方法，具有操作簡單、可靠性高的優勢，但對于歷經滲氮、滲碳等工藝處理的高硬基體或樹脂等軟基體材料則顯得不適宜，因為高硬基體的噴砂效果并不顯著，而軟基體則極易造成基體破壞。

滲氮鋼表層形成一層厚度約為300～400μm的滲氮層，滲氮層的表層是一層厚度約為4～5μm的化合物層，化合物層中的Fe₄N等氮化物具有很高的硬度及彌散度，使得滲氮層表面十分光滑且硬度值較大。正是由于形成的滲氮層的特性，使得傳統的表面噴砂預處理方法無法滿足噴涂層具有較高結合強度的要求。研究表明表面織構化是一個較有前景的熱噴涂基體預處理方法，根據其加工方式可以分為激光刻蝕、模板刻蝕、化學刻蝕以及離子刻蝕等。其中，激光刻蝕由于其加工效率高、污染小、成型精度高，且能夠加工陶瓷等硬度較高的材料，故能夠對滲氮鋼表面進行有效處理。

發明內容

針對以上需求，本發明提出的“一種用于滲氮基體上制備結合性能良好噴涂層的方法”，提高滲氮層基體上超音速等離子Ni基噴涂層結合性能。

本發明通過以下技術方案實現的：

在尺寸為200×15×5mm的42CrMo4滲氮鋼上，采用正交設計方式通過磨削滲氮層及基體表面織構化處理以提高基體表面粗糙度來增強噴涂層的結合強度。磨削過程中，為了防止基體材料發生變形，磨床的每次磨削深度設定為10μm。共設計0μm、50μm、200μm以及400μm四種磨削深度，其中，0μm表示未對表面進行處理；50μm表示磨削掉滲氮層中的化合物層及少部分過渡層，保留大部分的過渡層；200μm表示磨削掉滲氮層中的化合物層及大部分過渡層，保留少部分的過渡層；400μm表示完全去除滲氮層。

采用圖1所示的北京鐳杰明公司生產的LM-S-YLP20F型激光加工設備進行基體表面織構化處理，其激光波長為1060nm，脈沖波持續時間為100ns，最大功率為20W，其頻率介于10Hz到200kHz之間，掃描速度為100～10000mm/s，可有效地對滲氮鋼表層進行激光處理。

等離子噴涂前，首先要對激光加工后的基體進行噴砂處理以去掉表面的氧化層，噴砂需采用較小的沖擊速度及較短的沖擊時間以避免砂礫沖擊對表面織構圖案帶來破壞。采用HEPJet型超音速等離子噴涂設備在上述基體上制備一層厚度約為200μm的Ni60噴涂層。其中織構的直徑及相鄰織構之間的距離分別為50μm和75μm。

附圖說明

圖1為表面激光織構化處理后的基體表面形貌示意圖