專利名稱：金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法，屬材料科學技術領域。
在金屬表面制備陶瓷涂層，目前已有的方法是氣相沉積(包括物理氣相沉積PVD和化學沉積CVD)和等離子噴涂。氣相沉積存在的主要問題是沉積速度慢，涂層薄，一般只能得到幾至幾十微米厚度的涂層，難以實現(xiàn)制備熱障層等涂覆目的，如1994年機械工程出版社出版的“表面涂層技術”中介紹。等離子噴涂的特點是涂覆速度快，效率高，可以達到較大厚度(幾百微米至毫米級)，但存在涂層孔隙率大，涂層中陶瓷顆粒之間，涂層與基體之間結合不強(點接觸或小面積粘合)等問題，涂層的耐磨性、耐蝕性和耐沖擊性都受到很大限制，如1990年“表面工程”雜志，第六卷第3號的185～193頁介紹。近年來，許多研究人員試圖用激光重熔處理方法來改善等離子噴涂陶瓷層的質(zhì)量(消除孔隙，增強結合)，但激光處理后涂層出現(xiàn)的裂紋問題一直沒有能夠解決。如“材料工藝技術”，1997年出版，第4-8頁介紹。
本發(fā)明的目的是研究一種金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法，在金屬基體表面制備連續(xù)、致密、無孔隙和裂紋等缺陷，厚度可以達到幾百微米至毫米級的高質(zhì)量陶瓷涂層，并且用較高的涂覆效率制備大面積涂層。與傳統(tǒng)的氣相沉積方法相比，涂層厚度要有很大提高(提高一個數(shù)量級)，不僅能達到耐磨、耐蝕目的，而且能達到作熱障涂層的要求。與等離子噴涂方法相比，涂層質(zhì)量要有很大提高，涂層中不能有孔隙等缺陷，涂層結構從燒結型變?yōu)榻Y晶型，結合強度得到大大提高，同時不減小涂層厚度。
本發(fā)明金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法，包括如下各步驟第一步，對金屬表面(可以是變形鋁合金，鑄造鋁合金，鋼等各種適合于進行熱噴涂、等離子噴涂的金屬)進行清洗(去油)和噴砂(毛化)。
第二步，用火焰噴涂方法制備打底層(常規(guī)工藝，打底層材料一般可用鎳包鋁)，起增強結合和緩沖作用，以利于陶瓷涂層附著在金屬基體上并避免涂層開裂。打底層厚度為30～60微米。
第三步，用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層(涂層材料為氧化物陶瓷如Al2O3.SiO2.Al2O3+TiO2等)，厚度為50～100微米。
第四步，在激光照射的同時，將陶瓷粉未噴向上述涂層表面，對陶瓷涂層進行二次熔覆處理。在送粉法激光熔覆過程中，在適當?shù)募す夤β拭芏?1～10×104W/cm2)、掃描速度(3～30mm/s)、送粉角度(45～70°)、粉嘴離基體距離(5～15mm)，送粉速度(0.5～10g/s)等條件下，陶瓷粉穿越激光束，與激光束相互作用產(chǎn)生等離子弧，在激光和等離子弧的聯(lián)合作用下，在光斑位置形成陶瓷涂層。
應用本發(fā)明的制備方法，可以實現(xiàn)在包括難于用激光熔覆的鋁合金在內(nèi)的金屬表面涂覆陶瓷涂層，而且涂層內(nèi)部致密、無孔隙和裂紋等缺陷，涂層質(zhì)量優(yōu)于已有的各種陶瓷涂覆工藝所能獲得的質(zhì)量。涂層厚度可達幾百微米，大于已有的各種陶瓷涂覆工藝所能獲得的厚度。


圖1是本發(fā)明的制備工藝原理圖。
圖2是已有技術的等離子噴涂層表面形貌圖。
圖3是已有技術激光重熔等離子噴涂陶瓷層表面形貌圖。
圖4是本發(fā)明的激光二次熔覆陶瓷層表面形貌圖。
圖5是本發(fā)明的激光二次熔覆陶瓷層的斷面結構表面形貌圖。
圖1中，1是金屬基體，2是等離子噴涂陶瓷涂層，3是等離子弧，4是陶瓷粉未，5是激光束，6是二次熔覆陶瓷涂層。
下面介紹
具體實施例方式例1，金屬基體變形鋁合金LY12CZ。陶瓷涂層材料純氧化鋁粉未(METCO105SFP，含Al2O399.5％)，激光二次熔覆參數(shù)激光功率2KW，光斑直徑5mm(激光功率密度為1.02×104W/cm2)，掃描速度10mm/s，粉嘴距基體距離10mm，送粉角度60°，送粉量2g/min，搭接率30％。
熔覆效果見如圖4和圖5所示涂層內(nèi)部致密、連續(xù)、無孔隙和裂紋等缺陷，與基體結合緊密。厚度約為300微米。
例2，金屬基體鑄造鋁合金ZL104。陶瓷材料氧化鋁和氧化鈦混合粉未(60％Al2O3+40％TiO2)，激光二次熔覆參數(shù)激光功率2.5KW，光斑直徑4mm(激光功率密度1.98×104W/cm2)，掃描速度20mm/s，粉嘴距基體距離10mm，送粉角度70°，送粉量2g/min，搭接率30％。
熔覆效果涂層內(nèi)部致密、連續(xù)、無孔隙和裂紋等缺陷，與基體結合緊密。厚度約為200微米。
例3金屬基體碳鋼。陶瓷材料灰色氧化鋁粉未(METCO101，含Al2O394％，TiO22.5％，SiO22.0％，F(xiàn)eO21.0％)，激光二次熔覆參數(shù)激光功率2KW，光斑直徑4mm(激光功率密度1.59×104W/cm2)，掃描速度10mm/s，粉嘴距基體距離10mm，送粉角度60°，送粉量1.5g/min，搭接率60％。
熔覆效果涂層內(nèi)部致密、連續(xù)、無孔隙和裂紋等缺陷，與基體結合緊密。厚度約為350微米。
權利要求
1.一種金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法，該方法包括(1)對金屬表面進行清洗和噴砂；(2)用火焰噴涂方法制備打底層，打底層厚度為30～60微米；(3)用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層，涂層厚度為50～100微米；其特征在于還包括(4)在激光照射的同時，將陶瓷粉未噴向上述涂層表面，對陶瓷涂層進行二次熔覆處理，其工藝參數(shù)為激光功率密度為1.02×104W/cm2，激光掃描速度為3～30mm/秒，送粉角度為45～70°，粉嘴與基體距離為5～15mm，送粉速度為0.5～10g/秒。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的打底層材料為鎳包侶。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的陶瓷涂層為氧化物陶瓷。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的二次熔覆陶瓷涂層中陶瓷粉未為氧化物陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬表面等離子噴涂后激光熔覆制備陶瓷涂層的方法,該方法是先在金屬表面用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層,然后在激光照射的同時,將陶瓷粉末噴向涂層表面,對陶瓷涂層進行二次熔覆處理。用本發(fā)明的方法制備的激光熔覆陶瓷涂層,涂層內(nèi)部致密、無孔隙和裂紋等缺陷,涂層厚度可達幾百微米。
文檔編號C23C4/10GK1202534SQ9810129
公開日1998年12月23日 申請日期1998年4月17日 優(yōu)先權日1998年4月17日
發(fā)明者李言祥, 馬劍 申請人:清華大學