一种喷涂方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种喷涂方法。
【背景技术】
[0002]随着现代工业和科学技术的发展，一些在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件下工作的部件，往往因其表面局部损坏而使整个部件报废，最终导致设备停用。因此，人们对机械设备部件的表面性能提出愈来愈高的要求，研究和开发材料的表面处理技术具有重大的科研和经济价值。
[0003]热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一，近年来在机械制造和设备维修中得到广泛应用。热喷涂技术将丝材或粉材加热到熔化或半熔化的状态，并且加速到合适的速度，使其撞击到基体表面，喷涂粒子连续沉积形成涂层。燃烧或电弧放电是热喷涂技术的常用热源，适用于热喷涂技术的材料包括金属、合金、陶瓷、塑料和复合材料。自1908年瑞士人M.U.Schoop博士发明热喷涂技术以来，热喷涂方法不断创新。20世纪70年代，等离子喷涂首次出现；20世纪80年代，一种新的热喷涂方法-超音速火焰喷涂(High velocity oxygenfuel, HVOF)被开发出来；20世纪90年代，冷动力喷涂加入热喷涂家族，随着热喷涂技术和方法的逐渐完善和提高(主要表现在设备机械化、智能化，喷涂材料标准化、商业化，新型热源不断涌现，涂层质量显著提高)，热喷涂技术逐渐被市场接受，并得到广泛应用。
[0004]热喷涂涂层可以对金属工件起到良好的保护作用，例如防腐蚀、耐磨损、抗氧化和耐高温，由于热喷涂技术方法灵活，操作方便，应用范围广，在我国得到了快速发展，目前已经在诸多部门和行业得到了广泛的应用，如航空航天、工程机械、铁路等。
[0005]根据结构不同，热喷涂涂层包括以下几类:合金涂层、纳米涂层、非晶涂层以及由不同材料构成的复合涂层。近年来，随着对涂层材料多能功、高质量等综合性能要求的提高，纳米涂层、特种合金涂层、复合涂层以及非晶涂层的使用逐渐成为热喷涂材料的发展趋势。
[0006]1.火焰喷涂
[0007]火焰喷涂技术发明于20世纪初，是最早出现的热喷涂方法。火焰喷涂以气体燃烧为热源，粒子速度一般低于150m/s，温度一般为280(TC，原材料必须加热到熔化状态进行沉积，适用范围仅限于熔点较低的金属或合金。火焰喷涂具有操作简单、投资少等优点。但是由于火焰喷涂所制备的涂层含有部分半熔化颗粒，孔隙率较高，氧化比较严重，所以其涂层致密度较低。
[0008]2.电弧喷涂
[0009]20世纪20年代，瑞士人M.U.Schoop博士发明了电弧喷涂技术，后经日本人和德国人改进，逐渐得到推广应用。该技术以两根丝状金属材料在喷枪端部短路产生的电弧为热源，使用压缩空气将熔化的金属丝雾化，然后以较高的速度喷射到基体表面形成涂层。由于电弧喷涂具有很高的能量密度，从而使熔化粒子获得较高的温度高和速度，其涂层与基体间的结合强度明显高于火焰喷涂涂层。
[0010]3.等离子喷涂
[0011]等离子喷涂主要包括常压等离子喷涂和低压等离子喷涂，它是继火焰喷涂和电弧喷涂之后发展起来的一种新型喷涂技术，其工业应用始于20世纪70年代。由于等离子弧产生的温度非常高，约15000°C，粒子流速度达300-400m/s，适合于喷涂多种高熔点的材料。与以上两种方法相比，等离子喷涂的涂层孔隙率较低，结合强度较高，喷涂效率高，因此在航空、冶金、机械、机车车辆等部门得到广泛应用，是一种重要的热喷涂技术。
[0012]4.爆炸喷涂
[0013]爆炸喷涂技术出现在20世纪50年代后期，由美国的联合碳化物公司林德分公司发明。乌克兰学院的材料所与焊接所(前苏联)在20世纪60年代，对爆炸喷涂进行了研究，成功开发出了爆炸喷涂设备。爆炸喷涂是将一定量的粉末注入喷枪的燃爆室中，燃爆室中的气体混合物发生时间间隔可控的爆炸燃烧，所产生的高速热气流将粉末粒子加热到塑性或熔化状态并使粉末粒子获得加速，喷射到经预处理的基体表面上形成涂层的方法。爆炸喷涂所产生的气流温度高达3450°C，速度达3000m/s。
[0014]5超音速火焰喷涂
[0015]超音速火焰喷涂技术是20世纪80年代逐渐发展起来的一种新型热喷涂技术。它利用煤油、丙烷、丙烯等燃料与高压氧气或空气在燃烧室内连续燃烧，燃烧的火焰在燃烧室内产生高压并通过与燃烧室出口联接的膨胀喷嘴产生高速熔流，喷涂材料送入高速射流中被加热，加速喷射到经预处理的基体表面上形成涂层。由于其焰流速度可达到1400m/s，甚至1770m/s，即音速的4?5倍，因此称其为超音速喷涂。该方法所制备的涂层孔隙率低、氧化程度低、与基体结合紧密，因此逐渐成为一种应用广泛的热喷涂技术，其市场占有率约25%左右。可用于超音速喷涂的材料非常广泛，包括各种金属、合金以及陶瓷粉末；超音速喷涂的适用范围很广泛，可以用来制备各种防腐蚀、耐磨损等涂层，在各种领域(包括航空航天、石油化工、纺织机械等)得到广泛应用。
[0016]综合比较几种主要的热喷涂方法，可以发现，超音速喷涂具有较低的火焰温度和较高的粒子速度，因而其制备的涂层结合强度较高，孔隙率最低，优势明显。20世纪90年代初期，Dr.V.Baranovski和他的同事在理论上证明了活性燃烧高速燃气喷涂(ActivatedCombust1n-High Velocity Air Fuel)的可行性；90年代中期，美国Browning公司开发出了一种新型超音速火焰喷涂系统-活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)，它是介于传统超音速火焰喷涂和冷喷涂之间的一种新喷涂方法，其原理是通过压缩气体与燃料(丙烷、丙烯、MAPP气体、天然气等)燃烧产生的高速气流加热粉体，使之加热到熔融或半熔融状态，同时将粉体加速至700m/s以上喷射到基体表面，从而沉积成致密度高和氧化物含量低的涂层。该喷涂方法对喷涂材料的热退化影响非常低，制备的涂层具有良好的耐腐蚀及耐磨损性能，而且生产效率比传统超音速火焰喷涂高。
[0017]HVAF是超音速火焰喷涂(HV0F)技术的新发展，它与HV0F的主要不同在于以空气替代氧气作为液体燃料氧化剂。HVAF在保留HV0F优点的同时，具有以下改进:
[0018](1)进一步降低了火焰温度(约2400K)，颗粒温度由1900K以上降至1600K以下，大幅改善了喷嘴沉积堵塞难题；
[0019](2)以空气代替氧气，并且放宽了对粉末材料粒度的限制，从而降低了 50%左右的涂层制作成本；
[0020](3)喷涂系统与备件的价格大幅度降低；
[0021 ] (4)沉积生产效率高，其喷涂速率是HV0F的5?10倍，沉积效率也优于HV0F ;
[0022](5)进一步降低了涂层中的氧化物含量；
[0023](6)生产安全系数大幅度提高；
[0024](7)能源利用率太幅度提尚。
[0025]自从超音速喷涂技术被开发出来，以美国为代表的许多发达国家都对超音速喷涂方法和设备进行了广泛的研究和应用。目前，商业化最成功的超音速喷涂设备是美国TAFA公司的HV0F-JP5000喷涂系统和美国UNIQUEC0AT公司的AC-HVAF喷涂系统。
【发明内容】
[0026]本发明的目的在于提出一种喷涂方法。
[0027]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0028]—种喷涂方法，该方法为活性燃料高速燃气喷涂方法，将基体材料表面处理以后，采用压缩空气作为助燃剂的超音速火焰喷涂技术，火焰温度为1800度左右，将陶瓷涂层喷涂于基体的表面，以提高基体的性能，包括:基体材料除锈一一水洗一一丙酮除油一一烘干喷砂确定活性燃料尚速燃气喷涂方法参数结果检验。基体材料包括Q235钢或铝合金，陶瓷涂层为WC-12CO。活性燃料高速燃气喷涂的火焰温度为1800度，压缩空气压力为0.4——0.6MPa，丙烯压力为0.4——0.5MPa，氢气压力为0.2——0.3MPa，送粉率为4——8kg/h，试样转速为200——400r/min，涂层厚度为200——300 μ m。
【具体实施方式】
[0029]实施例1
[0030]一种喷涂方法，该方法为活性燃料高速燃气喷涂方法，将基体材料表面处理以后，采用压缩空气作为助燃剂的超音速火焰喷涂技术，火焰温度为1800度左右，将陶瓷涂层喷涂于基体的表面，以提尚基体的性能，包括:基体材料除锈水洗丙酮除油烘干喷砂确定活性燃料尚速燃气喷涂方法参数结果检验。基体材料为Q235钢，陶瓷涂层为WC-12CO。活性燃料高速燃气喷涂的火焰温度为1800度，压缩空气压力为0.42MPa，丙烯压力为0.4MPa，氢气压力为0.2MPa，送粉率为5.lkg/h，试样转速为20000r/min，涂层厚度为200——300 μ m，涂层的硬度为1287HV，涂层的孔隙率为2.0%。
[0031]实施例2
[0032]—种喷涂方法，该方法为活性燃料高速燃气喷涂方法，将基体材料表面处理以后，采用压缩空气作为助燃剂的超音速火焰喷涂技术，火焰温度为1800度左右，将陶瓷涂层喷涂于基体的表面，以提高基体的性能，包括:基体材料除锈一一水洗一一丙酮除油一一烘干一一喷砂一一确定活性燃料高速燃气喷涂方法参数一一结果检验。基体材料为铝合金，陶瓷涂层为WC-12Co+Ni60。活性燃料高速燃气喷涂的火焰温度为1800度，压缩空气压力为0.45MPa，丙烯压力为0.48MPa，氢气压力为0.29MPa，送粉率为6.lkg/h,试样转速为230r/min，涂层厚度为235 μ m，涂层的硬度为1027HV，涂层的孔隙率为1.5%，损耗实验表明，耐磨性得到明显提高。
【主权项】
1.一种喷涂方法，该方法为活性燃料高速燃气喷涂方法，其特征在于将基体材料表面处理以后，采用压缩空气作为助燃剂的超音速火焰喷涂技术，火焰温度为1800度左右，将陶瓷涂层喷涂于基体的表面，以提高基体的性能，包括:基体材料除锈一一水洗一一丙酮除油一一烘干一一喷砂一一确定活性燃料高速燃气喷涂方法参数一一结果检验。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基体材料包括Q235钢或铝合金，陶瓷涂层为WC-12CO。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的活性燃料高速燃气喷涂的火焰温度为1800度，压缩空气压力为0.4——0.6MPa，丙烯压力为0.4——0.5MPa，氢气压力为.0.2——0.3MPa，送粉率为4——8kg/h，试样转速为200——400r/min,涂层厚度为200——.300 μ m.
【专利摘要】本发明公开了一种喷涂方法，该方法为活性燃料高速燃气喷涂方法，将基体材料表面处理以后，采用压缩空气作为助燃剂的超音速火焰喷涂技术，火焰温度为1800度左右，将陶瓷涂层喷涂于基体的表面，以提高基体的性能，包括：基体材料除锈—水洗—丙酮除油—烘干—喷砂—确定活性燃料高速燃气喷涂方法参数—结果检验。基体材料包括Q235钢或铝合金，陶瓷涂层为WC-12Co。活性燃料高速燃气喷涂的火焰温度为1800度，压缩空气压力为0.4-0.6MPa，丙烯压力为0.4-0.5MPa，氢气压力为0.2-0.3MPa，送粉率为4-8kg/h，试样转速为200-400r/min，涂层厚度为200-300μm。该发明的火焰温度比普通超声速火焰喷涂的温度低，因此氧化物的含量有效减小，从而进一步提高材料的硬度、耐磨性和抗腐蚀性，延长零件的使用寿命。
【IPC分类】C23C4/129
【公开号】CN105256269
【申请号】CN201510767424
【发明人】唐靖岚
【申请人】无锡清杨机械制造有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月11日