專利名稱：一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法。
背景技術(shù)：
熱噴涂技術(shù)是涂層制備的一種方法，是表面防護(hù)和強(qiáng)化技術(shù)之一，在表面工程中占有重要地位。熱噴涂方式多樣，噴涂材料品種多，范圍廣，能在各種材料(包括金屬、陶瓷、玻璃、塑料、木材、甚至布和紙)表面制備涂層，而且對(duì)工件尺寸沒有特殊要求，工件溫度低于200°C，不易變形，因此在航空航天、機(jī)械冶金、煤炭電力、化工石油、兵器、乃至食品紡織等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，有顯著的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。其中，電弧熱噴涂技術(shù)具有成本低、生產(chǎn)效率高、質(zhì)量可靠、適合大面積推廣的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于工程裝備零部件的表面磨損和腐蝕性能的防護(hù)。但是，熱噴涂涂層表面非常粗糙疏松，有未融化顆粒附著且存在大的空洞和裂紋，截面組織主要表現(xiàn)為層片狀特征，分布有不同變形程度的顆粒結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合不緊密，有大的縫隙和氧化物夾雜。為防止環(huán)境腐蝕介質(zhì)浸入涂層孔隙到達(dá)基體材料，必須對(duì)涂層進(jìn)行后處理或復(fù)合處理(如火焰重熔、感應(yīng)重熔、激光重熔和熱等靜壓等)以提高涂層的使用性能。激光重熔是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)涂層表面改性處理的常用方法。但是，由于激光加工過(guò)程在大氣條件下進(jìn)行，此時(shí)必須采用輔助氣體來(lái)隔絕空氣，否則工件表面會(huì)產(chǎn)生氧化和燒蝕現(xiàn)象。另外，激光的能量透入深度小，再加上處理表面對(duì)入射激光的反射作用，使得激光的總體能量轉(zhuǎn)換效率較低。因此，需要開發(fā)更為切實(shí)可行的熱噴涂涂層表面改性處理方法。強(qiáng)流脈沖電子束(HCPEB)作為一種新型荷電粒子束技術(shù)，近年來(lái)得到迅速發(fā)展。相比于激光束和離子束等表面改性技術(shù)，電子束的射程更深，能量注入密度更高，處理工件表層(10_5-10_6 m)產(chǎn)生快速加熱 (IO9 K/s)和冷卻(IO7-1O8 K/m)過(guò)程，引發(fā)劇烈的熱力耦合作用，可形成結(jié)構(gòu)致密、成分均勻的非平衡顯微組織和梯度應(yīng)力分布狀態(tài)，表面改性效果更為顯著。此外，強(qiáng)流脈沖電子束表面處理工藝還具有工件變形小，能量轉(zhuǎn)換率高，無(wú)環(huán)境污染和自動(dòng)化控制程度高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)?；谝陨蠁?wèn)題綜合考慮，本發(fā)明提出對(duì)熱噴涂涂層進(jìn)行強(qiáng)流脈沖電子束快速重熔處理，制備表面平整和結(jié)構(gòu)致密的表層改性組織，提高熱噴涂涂層的耐高溫鹽腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)熱噴涂涂層所存在的不足，本發(fā)明提出一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法。利用強(qiáng)流脈沖電子束進(jìn)行熱噴涂涂層表面重熔處理，生成表面平整和結(jié)構(gòu)致密的表層改性組織，防止高溫腐蝕介質(zhì)浸入涂層缺陷和侵蝕基體材料，提高熱噴涂涂層的耐高溫鹽腐蝕性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的具體技術(shù)方案是:一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法，具體步驟為:
(I)通過(guò)噴砂工藝去除金屬基體表面的附著物和氧化皮，制備粗化表面；選擇熱噴涂材料和具體操作工藝，利用熱噴涂設(shè)備完成表面涂層的制備；利用電動(dòng)砂輪機(jī)在涂層表面進(jìn)行打磨，控制壓緊力度，去除熱噴涂涂層表面的松散沉積物，用干燥壓縮空氣吹氣清理，得到所需工件；(2)將工件放入強(qiáng)流脈沖電子束裝置中，抽真空；根據(jù)涂層的改性處理要求，設(shè)定工作距離，選擇強(qiáng)流脈沖電子束能量密度為f20J/cm2，脈沖寬度為1 50μ S，對(duì)涂層表面進(jìn)行輻照重熔處理；處理完畢，打開真空室，取出涂層工件，檢試工藝效果。本發(fā)明技術(shù)具有以下效益:1.強(qiáng)流脈沖電子束具有高能量密度，適用于各種合金及陶瓷涂層的表面重熔處理，同時(shí)具有能量轉(zhuǎn)換率高的優(yōu)點(diǎn)。2.強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理在真空室內(nèi)進(jìn)行，處理環(huán)境潔凈，對(duì)工件表面無(wú)元素污染，同時(shí)沒有環(huán)境排放問(wèn)題。3.強(qiáng)流脈沖電子束重熔處理使熱噴涂涂層表面結(jié)構(gòu)平整，表層組織連續(xù)致密，可有效隔斷高溫腐蝕介質(zhì)的浸入，保護(hù)涂層和基體材料。4.利用強(qiáng)流脈沖電子束實(shí)現(xiàn)熱噴涂涂層表面重熔處理具有操作簡(jiǎn)單、能量控制精度高，以及質(zhì)量穩(wěn)定和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理前熱噴涂涂層表面掃描電鏡形貌。圖2為強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理后熱噴涂涂層表面掃描電鏡形貌。圖3為強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理前熱噴涂涂層截面金相顯微形貌。圖4為強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理后熱噴涂涂層截面金相顯微形貌。
具體實(shí)施例以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳述。采用HOPE-1強(qiáng)流脈沖電子束裝置輻照處理熱噴涂涂層，提高其耐高溫鹽腐蝕性能。具體步驟如下:( I)對(duì)45#鋼基體材料表面進(jìn)行噴砂粗化處理；(2)利用ZPG-400B型電弧噴涂系統(tǒng)，QD II1-250型噴槍噴涂厚約50Mm的NiCrAl(10.5 Cr,4.5 Al，Ni余量)涂層，噴涂距離20cm，移槍速度100mm/s，送氣壓力0.5MPa ；(3)利用電動(dòng)砂輪機(jī)1000r/min在涂層表面進(jìn)行反復(fù)打磨，控制壓緊力度，去除熱噴涂涂層表面的松散沉積物，用干燥壓縮空氣吹氣清理；(4)將表面清理好的涂層工件放入強(qiáng)流脈沖電子束裝置中，抽真空到預(yù)定工作值，本實(shí)施例真空度指標(biāo)為5.0X 10_3 Pa ；(5)設(shè)置強(qiáng)流脈沖電子束裝置處理參數(shù):能量密度為16J/cm2，脈沖寬度為40μ S，工作距離10cm，脈沖次數(shù)為15次，對(duì)涂層表面進(jìn)行輻照處理；(6)處理完畢，打開真空室，取出涂層工件，檢試工藝效果。利用金相和掃描電子顯微鏡觀察強(qiáng)流脈沖電子束處理前后電弧噴涂NiCrAl涂層的形貌特征。如圖1所示，電弧噴涂制備涂層表面非常粗糙疏松，有未融化顆粒附著且存在大的空洞和裂紋。經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束重熔處理后，涂層表面變得連續(xù)致密，如圖2所示。如圖3所示，電弧噴涂制備涂層的截面組織主要表現(xiàn)為層片狀特征，分布有不同變形程度的顆粒結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合不緊密，有大的縫隙和氧化物夾雜。經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束處理后，涂層表面形成重熔組織，結(jié)構(gòu)致密，層間的孔隙和空洞消失，如圖4所示。由X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，涂層表面的C1-Al2O3相結(jié)構(gòu)含量增加。選用重量比為8:5的Na2S04+K2S04飽和鹽水，在650°C進(jìn)行高溫鹽腐蝕測(cè)試，腐蝕時(shí)間為100小時(shí)。測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束重熔處理后的涂層表面?！こ止饣秸麪顟B(tài)，而未處理的NiCrAl涂層表面發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法，利用強(qiáng)流脈沖電子束進(jìn)行熱噴涂涂層表面重熔處理，生成表面平整和結(jié)構(gòu)致密的表層改性組織，防止高溫腐蝕介質(zhì)浸入涂層缺陷和侵蝕基體材料，提高熱噴涂涂層的耐高溫鹽腐蝕性能；其特征包括步驟如下: (1)通過(guò)噴砂工藝去除金屬基體表面的附著物和氧化皮，制備粗化表面；然后選擇熱噴涂材料，利用熱噴涂設(shè)備完成金屬基體表面涂層的制備；在涂層表面進(jìn)行打磨，去除熱噴涂涂層表面的松散沉積物，用干燥壓縮空氣吹氣清理，得到所需工件； (2)將工件放入強(qiáng)流脈沖電子束裝置中，抽真空；根據(jù)涂層的改性處理要求，設(shè)定工作距離，選擇強(qiáng)流脈沖電子束能量密度為f20J/cm2，脈沖寬度為廣50 μ s，完成涂層表面的輻照重熔處理。
2.權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于:通過(guò)熱噴涂方法制備的涂層厚度不小于10 μ m0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高熱噴涂涂層耐高溫鹽腐蝕性能的處理方法，利用強(qiáng)流脈沖電子束進(jìn)行熱噴涂涂層表面重熔處理，生成表面平整和結(jié)構(gòu)致密的表層改性組織，防止高溫腐蝕介質(zhì)浸入涂層缺陷和侵蝕基體材料，提高熱噴涂涂層的耐高溫鹽腐蝕性能。本發(fā)明具有以下積極效果強(qiáng)流脈沖電子束具有高能量密度，適用于各種合金及陶瓷涂層的表面重熔處理，同時(shí)具有能量轉(zhuǎn)換率高的優(yōu)點(diǎn)；強(qiáng)流脈沖電子束涂層表面輻照處理是在真空環(huán)境下進(jìn)行，工件表面無(wú)燒蝕和元素污染，沒有環(huán)境排放問(wèn)題，同時(shí)具有操作簡(jiǎn)單、能量控制精度高，以及質(zhì)量穩(wěn)定和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C24/10GK103074570SQ20131001923
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者郝勝智, 王慧慧, 趙麗敏, 賀冬云 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)