技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用高頻爆炸噴涂技術(shù)制備高致密度陶瓷涂層的方法

，屬材料表面技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對材料表面性能的要求越來越高，特別是在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕等條件下，材料的失效往往起始于表面，材料表面的局部損壞加速了整個零部件的失效，最終導(dǎo)致整套設(shè)備的停產(chǎn)，對工業(yè)生產(chǎn)造成重大損失。因此，通過表面強(qiáng)化技術(shù)提高關(guān)鍵機(jī)械零部件和工模具的耐磨、耐蝕、抗氧化等性能已成為科研與工業(yè)發(fā)展的重要方向。

陶瓷材料具有優(yōu)異的耐磨、耐蝕、抗氧化、絕緣等性能，采用熱噴涂技術(shù)將陶瓷材料沉積到基材表面，可將基材優(yōu)異的力學(xué)性能和陶瓷材料的特性結(jié)合起來，賦予材料更佳的表面功能特性，顯著提高其使用壽命。目前通常采用等離子噴涂技術(shù)制備陶瓷涂層。所謂等離子噴涂是采用剛性非轉(zhuǎn)移型等離子弧為熱源將粉末材料加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，然后高速撞擊到經(jīng)過粗糙化處理的基材表面形成涂層的方法。但是，等離子噴涂形成的陶瓷涂層具有結(jié)合力偏低、孔隙率偏高的缺點，在一定程度上降低了涂層的使用性能。

爆炸噴涂技術(shù)是利用可燃?xì)怏w爆炸瞬間產(chǎn)生的沖擊波將噴涂粉未加速、加熱轟擊到基體表面，形成表面涂層的方法。粉未顆?？杀患铀僦?00～1200m/s,氣體爆炸中心溫度可達(dá)2400～3500℃。該技術(shù)制備的涂層具有結(jié)合強(qiáng)度好、致密度高、使用性能優(yōu)異等優(yōu)點。目前，爆炸噴涂技術(shù)主要用于制備金屬和金屬陶瓷陶瓷，也可制備部分陶瓷涂層。但常規(guī)爆炸噴涂技術(shù)的爆炸噴涂速率僅為2～8次/秒（通常使用4次/秒），造成單位面積涂層噴涂時間長，涂層生產(chǎn)效率低下，嚴(yán)重影響了爆炸噴涂技術(shù)的推廣應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對等離子噴涂陶瓷涂層致密度低、結(jié)合強(qiáng)度差和常規(guī)爆炸噴涂噴涂速率低，涂層生產(chǎn)效率慢的不足，本發(fā)明提供了一種利用高頻爆炸技術(shù)制備高致密度陶瓷涂層的方法。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種利用高頻爆炸噴涂技術(shù)制備高致密度陶瓷涂層的方法，其步驟包括：

（1）將待噴涂陶瓷粉末置于干燥箱內(nèi)在100℃下保溫1小時以上，除去粉末中的水分；

（2）采用酒精、丙酮等有機(jī)溶劑清洗待噴涂基體材料，清除基體表面的油脂；

（3）通過專用噴砂機(jī)，采用20-80目的白剛玉或棕剛玉砂粒、0.2-0.6MPa的噴砂壓力對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理，增加基體表面粗糙度；

（4）將基體固定在工作臺上，采用六軸機(jī)器人夾持的高頻爆炸噴涂設(shè)備制備陶瓷涂層，噴涂工藝參數(shù)為：氧氣流量為4～10m³/h，可燃?xì)怏w流量0.7～2.0 m³/h，壓縮空氣流量0.2～4 m³/h，槍管長度300～600mm，送粉速率60～150g/min，噴涂速率20～60次/秒，噴涂距離30～100mm；控制涂層單次厚度不超過50μm，經(jīng)多次噴涂制備所需厚度涂層。

所述陶瓷粉末包括氧化鋁、氧化鉻、氧化鋯、氧化釔、硼化鋯、碳化硅、氧化硅或硅化鉬中的一種或兩種/兩種以上的混合物，粉末粒徑為5～45μm。

所述可燃?xì)怏w包括氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔、丙炔或丁炔中的一種或兩種氣體的混合物。

所述高頻爆炸噴涂設(shè)備中可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w的爆炸腔為兩個或兩個以上，多個爆炸腔既相互關(guān)聯(lián)又相互獨立。

采用本發(fā)明方法制備的氧化鋁陶瓷涂層厚度為25～3000μm，涂層的孔隙率<2%，涂層的結(jié)合強(qiáng)度≥70MPa，涂層的顯微硬度＞1200HV_0.3。

本發(fā)明的有益效果為：與等離子噴涂技術(shù)相比，本發(fā)明采用的高頻爆炸噴涂技術(shù)制備的陶瓷涂層的致密度、結(jié)合強(qiáng)度和顯微硬度等性能有了顯著的提升，涂層的孔隙率<2%，涂層的結(jié)合強(qiáng)度≥70MPa，涂層的顯微硬度＞1200HV_0.3?？纱蠓娱L陶瓷涂層在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕等苛刻工況下的使用壽命。與常規(guī)爆炸噴涂技術(shù)相比，本發(fā)明采用的高頻爆炸噴涂技術(shù)的噴涂速率可達(dá)20～60次/秒，數(shù)倍于常規(guī)爆炸技術(shù)（2～8次/秒），涂層生產(chǎn)效率大幅提高，適合在對涂層質(zhì)量要求高的軍用和民用領(lǐng)域推廣應(yīng)用，如國防軍工、能源、冶金等。

具體實施方式

下面結(jié)合實例說明本發(fā)明的具體實施方式，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。

本發(fā)明實施例一種利用高頻爆炸噴涂技術(shù)制備高致密度陶瓷涂層的方法，其步驟如下：

（1）選擇氧化鋁陶瓷粉末為待噴涂粉末，粉末粒徑為5～22μm，將該粉末置于干燥箱內(nèi)在100℃下保溫1小時以上，除去粉末中的水分；

（2）選用316L不銹鋼為基體材料，采用酒精清洗基體材料，清除基體表面的油脂；

（3）通過專用噴砂機(jī)，采用20-40目的白剛玉砂粒、0.6MPa的噴砂壓力對基體表面進(jìn)行噴砂粗化處理，增加基體表面粗糙度；

（4）將基體固定在工作臺上，采用六軸機(jī)器人夾持的高頻爆炸噴涂設(shè)備制備陶瓷涂層，選擇丙烷為可燃?xì)怏w，選擇兩個爆炸腔進(jìn)行工作。具體噴涂工藝參數(shù)為：爆炸腔Ⅰ氧氣流量為2～3m³/h，丙烷流量0.3～0.5 m³/h，壓縮空氣流量1.0～1.5 m³/h，爆炸腔Ⅱ氧氣流量為3～4m³/h，丙烷流量0.5～0.9 m³/h，壓縮空氣流量0.8～1.5 m³/h，槍管長度500mm，送粉速率70～120g/min，噴涂速率30次/秒，噴涂距離60～80mm，控制涂層單次厚度不超過50μm，經(jīng)多次噴涂制備所需厚度涂層。

經(jīng)測試分析表明，制備的氧化鋁涂層厚度為200μm，結(jié)合強(qiáng)度為80MPa，顯微硬度為1289 HV_0.3，孔隙率為0.8%。