CN102286718A - 提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，其首先对金属基材表面预处理，清洗、去污、吹扫和预热，然后采用热喷涂设备在金属基材表面制备一层厚度为0.1-0.5mm的热喷涂涂层；采用等离子转移弧对金属基材表面的热喷涂涂层进行重熔，等离子转移弧重熔的参数设置为重熔电流30-120A，焊枪移动速度40-120mm/min，等离子气流量2-10L/min。利用本方法可有效提高热喷涂涂层与金属基材的结合强度，尤其改变了涂层与金属基材的结合方式，克服了热喷涂涂层固有的缺陷，使热喷涂涂层满足苛刻工况的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。

Description

提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法

技术领域

本发明涉及一种提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法。 

背景技术

目前热喷涂技术已在航空、航天、钢铁、石化、能源、汽车等领域的表面处理方面得到广泛的应用；热喷涂技术工艺简捷，涂层和基体材料选择范围广，易形成耐磨、隔热、抗氧化、耐腐蚀、绝缘和导电等复合功能涂层并涂层厚度易控，可在现场实施大面积施工。但热喷涂涂层由高速飞行液滴撞击基材铺展、变形、堆积凝固形成的工艺特性决定了其具有组织成分不均匀、存有气孔、裂纹和板条层间弱结合等结构缺陷，尤其是涂层与基体之间的弱结合(以机械咬合为主)，这在很大程度上限制了涂层的应用范围与服役寿命。如钢铁行业热镀锌机组锌锅中轴衬套、刮刀等部件表面仅作热喷涂处理，难以满足高温(480-620℃)、金属溶液侵蚀等苛刻的工况要求，因此还需作一定的重熔后处理改性。 

采用适当的重熔处理，可改善涂层与基体间的结合强度和涂层的内在质量，从而提高涂层的耐磨、耐蚀性。目前，涂层重熔后处理技术主要有激光、电子束、TIG重熔、火焰重熔、整体加热和感应重熔等，各有其优缺点。其中，激光重熔工艺因其不受材料种类限制、易实现局部处理、重熔层深度可控等固有的优点获得较多的关注。 

但激光重熔技术亦存有两点不足：1)由于激光光斑面积小，工作效率较低，难以满足工件表面大面积喷涂层激光重熔的需要。虽有研究显示采用多次搭接技术或大面积光斑技术(散焦法、宽带法和转镜法)可达到大面积重熔目的，但多次搭接造成相邻扫描带间重合区数的增加，显著影响涂层金相组织和显微硬度等性能的均匀性。对大面积光斑技术而言，当输出功率一定时，光斑面积越大，功率密度越低；增大光束直径，可能削弱激光的高能密度和超快速 加热优势。2)就目前而言，激光表面处理技术成本较高。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，利用本方法可有效提高热喷涂涂层与金属基材的结合强度，尤其是改变了涂层与金属基材的结合方式，克服了热喷涂涂层固有的缺陷，使热喷涂涂层满足苛刻工况的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。 

为解决上述技术问题，本发明提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法包括如下步骤： 

步骤一、金属基材表面喷涂前预处理，对金属基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清扫灰尘，并氧乙炔火焰预热至80-120℃； 

步骤二、采用热喷涂设备在金属基材表面制备一层厚度为0.1-0.5mm的热喷涂涂层； 

步骤三、采用等离子转移弧对金属基材表面的热喷涂涂层进行重熔后处理； 

步骤四、将经等离子转移弧重熔的金属基材表面热喷涂涂层及时置于环冷桶或采用石棉包裹缓冷并缓冷至室温。 

上述的热喷涂设备可以采用超音速火焰喷涂设备、等离子喷涂设备或爆炸喷涂设备。 

上述的热喷涂涂层可以采用陶瓷、金属或硬质合金材料。 

上述等离子转移弧重熔后处理的参数设置为重熔电流30-120A，、焊枪移动速度40-100mm/min，等离子气流量2-10L/min。 

由于本发明提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法采用了上述技术方案，即首先对金属基材表面预处理，清洗、去污、吹扫和预热，然后采用热喷涂设备在金属基材表面制备一层厚度为0.1-0.5mm的热喷涂涂层；采用等离子转移弧对金属基材表面的热喷涂涂层进行重熔，等离子转移弧重熔的参数设置为重熔电流30-120A，、焊枪移动速度40-100mm/min，等离子气流量2-4L/min。利用本方法可有效提高热喷涂涂层与金属基材的结合强度，尤其改变了涂层与 金属基材的结合方式，克服了热喷涂涂层固有的缺陷，使热喷涂涂层满足苛刻工况的要求，有效降低重熔成本，提高了重熔效率。 

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明： 

图1采用本方法热喷涂涂层等离子转移弧重熔后涂层与基材界面形貌， 

图2采用本方法后涂层与基材界面能谱分析。 

具体实施方式

本发明提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法包括如下步骤： 

步骤一、金属基材表面喷涂前预处理，对金属基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清扫灰尘，并氧乙炔火焰预热至80-120℃； 

步骤二、采用热喷涂设备在金属基材表面制备一层厚度为0.1-0.5mm的热喷涂涂层； 

步骤三、采用等离子转移弧对金属基材表面的热喷涂涂层进行重熔后处理； 

步骤四、将经等离子转移弧重熔的金属基材表面热喷涂涂层及时置于环冷桶或采用石棉包裹缓冷并缓冷至室温。 

上述的热喷涂设备可以采用超音速火焰喷涂设备、等离子喷涂设备或爆炸喷涂设备。 

上述的热喷涂涂层可以采用陶瓷、金属或硬质合金材料。 

上述等离子转移弧重熔后处理的参数设置为重熔电流30-120A，、焊枪移动速度40-100mm/min，等离子气流量2-10L/min。 

应用本方法，可采用瑞士Sulzer Metco公司的Workstar 600超音速火焰喷涂设备在经过预处理的316L不锈钢基材(50×50×20mm)表面喷涂0.15mm厚的涂层，所用喷涂原料采用Metco公司的WC-Co(WOKA^TM3102)粉末，主要喷涂参数为煤油6.0gal/hr、氧气1950scfh，喷距380mm，6寸枪管，送粉率75g/min；等离子转移弧能束涂层表面主要重熔参数为电流60A，焊枪移动速度 70mm/min，等离子气流量3L/min。 

也可采用美国Praxair/TAFA公司的JP-5000超音速火焰喷涂设备在经过预处理的316L不锈钢基材(50×50×20mm)表面喷涂0.2mm厚的涂层。所用喷涂原料为Praxair/TAFA公司的WC-Co(1342VM)粉末，主要喷涂参数为煤油6.1gal/hr、氧气2050scfh，喷距380mm，送粉率100g/min；等离子转移弧能束涂层表面主要重熔参数为电流70A，焊枪移动速度70mm/min，等离子气流量2.5L/min。 

如图1和图2所示，对以上两例试样经过等离子转移弧重熔后，热喷涂涂层2与金属基材1表面形成了一定的冶金结合层3界面，经界面形貌和成分能谱分析，金属基材1和涂层2材料元素在界面处互相扩散形成了冶金结合层3，显著提高了热喷涂涂层2与金属基材1表面的结合强度。 

本方法充分利用等离子转移弧能束的高集中性与高效率，采用等离子转移弧重熔(PTA)与热喷涂复合技术在金属基材表面获得结构致密、与金属基材达到冶金结合的功能涂层。涂层结构致密性及其与基材结合强度的提高有助于拓展热喷涂涂层的应用范围。 

本方法采用等离子转移弧重熔(PTA)与热喷涂复合技术在金属基材表面获得结构致密、与基材形成冶金结合的功能涂层。其与激光重熔技术相比较，等离子转移弧除了同样具有焰流高能量、高集中的优点，还存有等离子焰束斑较大、工作效率高、生产成本较低的优势。 

Claims (4)

1.一种提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，其特征在于：本方法包括如下步骤：

步骤一、金属基材表面喷涂前预处理，对金属基材表面采用酒精清洗去污、毛刷清扫灰尘，并氧乙炔火焰预热至80-120℃；

步骤二、采用热喷涂设备在金属基材表面制备一层厚度为0.1-0.5mm的热喷涂涂层；

步骤三、采用等离子转移弧对金属基材表面的热喷涂涂层进行重熔后处理；

步骤四、将经等离子转移弧重熔的金属基材表面热喷涂涂层及时置于环冷桶或采用石棉包裹缓冷并缓冷至室温。

2.根据权利要求1所述的提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，其特征在于：所述热喷涂设备是超音速火焰喷涂设备、等离子喷涂设备或爆炸喷涂设备。

3.根据权利要求1所述的提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，其特征在于：所述热喷涂涂层是陶瓷、金属或硬质合金材料。

4.根据权利要求1所述的提高热喷涂涂层与金属基材结合强度的方法，其特征在于：等离子转移弧重熔后处理的参数设置为重熔电流30-120A，、焊枪移动速度40-100mm/min，等离子气流量2-10L/min。

Images