本發(fā)明涉及一種等離子噴涂搪瓷耐腐蝕涂層的方法及其熱軋?zhí)幚?，屬于等離子技術(shù)及金屬表面涂層處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
等離子涂層是等離子噴涂技術(shù)與熱軋技術(shù)有效結(jié)合而產(chǎn)生的一門(mén)較為新穎的技術(shù)，是繼微米等離子技術(shù)的進(jìn)一步延伸和拓展，目前在國(guó)內(nèi)外已有大量的科研人員及科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始對(duì)等離子搪瓷涂層的制備及后處理技術(shù)進(jìn)行探索及研究，目前在這方便研究較多的主要是熱障涂層技術(shù)，而在耐腐蝕等離子搪瓷涂層尤其是金屬合金耐腐蝕等離子涂層方面研究仍然較少。
孔洞、裂紋及結(jié)構(gòu)的疏松不均勻等缺陷是目前等離子搪瓷涂層存在的一個(gè)較大的問(wèn)題，目前還沒(méi)有很好的方法可以解決這個(gè)問(wèn)題，從目前熱障涂層領(lǐng)域的等離子搪瓷涂層的情況來(lái)看，孔洞、裂紋及結(jié)構(gòu)疏松不均勻的狀況已較微米等離子涂層有了明顯的改善，但這個(gè)問(wèn)題在等離子法搪瓷涂層中仍然存在，且在等離子法搪瓷涂層的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中明顯顯露出來(lái)，這對(duì)等離子法搪瓷涂層在工業(yè)化生產(chǎn)的推廣方面受到很大限制，尤其是等離子法搪瓷涂層在耐腐蝕的應(yīng)用方面更加明顯，孔洞及裂紋的存在會(huì)使腐蝕物質(zhì)穿透孔洞及裂紋而與基體直接接觸，從而使防護(hù)涂層失效。所以有效減少涂層中的孔洞及裂紋是等離子技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明通過(guò)等離子噴涂搪瓷涂層的制備及熱軋?zhí)幚?，制備孔洞及氣孔率少，結(jié)構(gòu)致密均勻的耐腐蝕搪瓷涂層。在涂層的制備及涂覆過(guò)程中，本發(fā)明將等離子噴涂技術(shù)、料漿燒結(jié)涂覆技術(shù)及材料熱軋技術(shù)有效有序的結(jié)合，利用材料熱軋工藝，使涂層結(jié)構(gòu)在軋制力的強(qiáng)大壓力作用下更加致密均勻，孔洞進(jìn)一步減少。本發(fā)明提出一種制備等離子搪瓷涂層的方法及鑄造工藝，從而大幅度提高搪瓷涂層的性能，解決由于粉體顆粒尺寸小、流動(dòng)性差而無(wú)法直接作為噴涂材料的問(wèn)題。
一種鈦合金表面等離子法噴涂搪瓷涂層的方法，其特征在于具有如下步驟：
a. 采用搪瓷粉料的組成配方為（wt.%）：55.26SiO2，6.59Al2O3，8.56ZnO，8.12B2O3，4.96Na2O，10.77CaO，2.24MgO和1~3CeO。
b. 粉料球磨：對(duì)燒結(jié)完成的搪瓷粉末在行星球磨機(jī)經(jīng)過(guò)80~200h的干法球磨，接下來(lái)再加入乙醇等助磨劑進(jìn)行200h的濕法球磨過(guò)程，接下來(lái)分離球和物料，最后至于烘干機(jī)烘干即可；
e. 熱軋?zhí)幚恚涸O(shè)定開(kāi)軋溫度為：300~980℃，總軋制比為10~30%，采用3~5道次實(shí)現(xiàn)全部壓下量，在軋制開(kāi)始前，首先將樣品在開(kāi)軋溫度下保溫30min，使樣品溫度均勻。軋制結(jié)束后將樣品置于高溫管式爐中氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為500~900℃，退火結(jié)束后樣品隨爐冷卻。
所述等離子噴涂所用氣體：本實(shí)驗(yàn)采用的等離子噴涂氣體為氬氣和少量氫氣；其中，氬氣的流速為80~100L/min，氫氣的流速為10~15L/min，還有保護(hù)性氣體氮?dú)猓凰头鬯俾蕿?0g/min；噴涂電流為550A，噴涂電壓為55~60V。涂層厚度為300μm；
d. 表面等離子噴涂：使用等離子噴涂設(shè)備，主要為上海大豪瑞生產(chǎn)的DH-1080等離子噴涂設(shè)備；額定電壓為30~85V；噴涂裝置為DH-1080-JP機(jī)裝槍。此外還有DH-1080-SF送粉器，送粉氣壓力0.5MPa，送粉速度范圍為0~150g/min；還有DH-2080-ZJ電弧發(fā)生器；控制方式為外控，點(diǎn)火電壓為2500~3000V；
c. 噴涂材料的制備：對(duì)上述球磨過(guò)的粉末進(jìn)行液相分散噴霧合成法進(jìn)行處理，從而將粉體轉(zhuǎn)化成顆粒尺寸較大，流動(dòng)性好的顆粒，這些顆粒的直徑在幾十至幾百微米之前，從而可以直接作為等離子噴涂材料；具體方法是將搪瓷粉體中加入10%的水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可以忽略），使其混合成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為40~55%；使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌10~35min；攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，風(fēng)干結(jié)束后便得到可以直接作為等離子噴涂的材料；
本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：
1、本發(fā)明通過(guò)等離子噴涂技術(shù)及材料熱軋技術(shù)有效結(jié)合起來(lái)，并充分利用其各自的優(yōu)勢(shì)，釉料粉體具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及高能效應(yīng)等獨(dú)特性能，在等離子噴涂過(guò)程中，顆粒之間結(jié)合更為緊密，分布更為均勻，從而有效減少涂層中的孔洞和裂紋，熱軋過(guò)程中，由于受到軋制強(qiáng)大壓力，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生微變形，使涂層結(jié)構(gòu)更為致密，軋制結(jié)束后在氫氣狀態(tài)下對(duì)樣品進(jìn)行熱處理，在對(duì)樣品進(jìn)行充分還原的情況下使涂層中原子進(jìn)行相互滲透，從而使涂層結(jié)構(gòu)更加均勻。
2、本發(fā)明通過(guò)一系列連貫的工藝，可生產(chǎn)出孔洞及裂紋少，結(jié)構(gòu)致密成分均勻的等離子法噴涂搪瓷涂層。該發(fā)明可通過(guò)參數(shù)的調(diào)整，亦適宜用于其他金屬基體的等離子法噴涂搪瓷涂層的制備。
3、本發(fā)明工藝連貫，效果明顯，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，又因目前細(xì)化粉體制備技術(shù)的進(jìn)步，超細(xì)粉體成本降低，所以本發(fā)明很適宜工業(yè)化擴(kuò)大生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為25%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，開(kāi)軋溫度為300℃，在樣品在300℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共3道次，總軋制比為10%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為500℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實(shí)施例2
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為30%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌15min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚恚_(kāi)軋溫度為450℃，在樣品在450℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共4道次，總軋制比為15%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為600℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實(shí)施例3
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為35%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌20min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，開(kāi)軋溫度為550℃，在樣品在550℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共4道次，總軋制比為20%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為650℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實(shí)施例4
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計(jì)）使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為40%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌25min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚恚_(kāi)軋溫度為700℃，在樣品在700℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共5道次，總軋制比為25%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為750℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實(shí)施例5
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計(jì)）使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為45%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌30min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，開(kāi)軋溫度為900℃，在樣品在980℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共5道次，總軋制比為35%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為800℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實(shí)施例6
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計(jì)）使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為50%，使用機(jī)械攪拌法對(duì)膠狀物攪拌35min。攪拌結(jié)束后使用熱風(fēng)機(jī)對(duì)膠狀物進(jìn)行風(fēng)干，熱風(fēng)機(jī)風(fēng)干水的效率為7 kg /h，將風(fēng)干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過(guò)程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護(hù)性氣體。噴涂結(jié)束后將樣品進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，開(kāi)軋溫度為980℃，在樣品在980℃下保溫30min后進(jìn)行軋制，軋制共5道次，總軋制比為40%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理，退火溫度為800℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
對(duì)各實(shí)施例經(jīng)處理后的樣品進(jìn)行表面宏觀及耐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：
由實(shí)例測(cè)試情況來(lái)看，通過(guò)本發(fā)明所制備的鈦合金表面等離子法噴涂制得的搪瓷涂層具有致密均勻的微觀結(jié)構(gòu)及很強(qiáng)的耐蝕性能。