专利名称：高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法
技术领域：
本发明涉及一种热喷涂工艺，特别涉及一种采用火焰喷涂技术制备陶瓷涂层的工艺。
背景技术：
热喷涂是表面工程学科中的一门重要的表面强化、延寿技术。热喷涂技术利用火焰、电弧、等离子体、光等热源，将某种线状或粉末材料加热到熔化或半熔化状态，加速喷向基体表面，形成涂层。该技术原则上能对任何基体材料进行喷涂，可选用各种材料作为涂层材料，可以实现耐高温、抗腐蚀、耐磨损、抗氧化、改善导电性、绝缘性、热障性等涂层功能。该技术适用于新产品结构件表面的改性，以及废旧产品的修复。热喷涂技术具有工件受热小、不变形的特点，被广泛应用于航天、航空、冶金、机械、造纸、石油化工等几乎所有工业领域。在对零部件表面进行喷涂处理以提高耐磨损、抗冲蚀能力时，通常选用高硬度材料，特别是陶瓷材料。目前喷涂常用的陶瓷材料有碳化物陶瓷、氧化物陶瓷，从材料的使用方式可分为粉末材料、棒材和丝材。陶瓷粉末是喷涂陶瓷最常用的材料形式。氧化物陶瓷粉由于熔点高，只能采用等离子喷涂；碳化物金属陶瓷粉可以采用超音速火焰喷涂。这两种喷涂方法的设备昂贵，喷涂成本非常高。将陶瓷粉末通过烧结的形式制成棒材，可以采用火焰喷涂方法喷涂，但陶瓷棒的脆性大，长度受限，不能进行连续喷涂。采用有机物外皮包裹陶瓷粉，可以制成柔性丝材，采用火焰喷涂方法喷涂，但生产设备昂贵，制造过程复杂，目前只有法国可以生产，进口价格十分昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，该方法采用高熔点金属做药皮，包裹陶瓷粉，制成柔性丝材，可以采用火焰喷涂方法喷涂，生产设备简单，制造方便，成本低廉，非常适合于大面积低成本的陶瓷耐磨损、抗冲蚀涂层的制备。本发明是这样实现的a、配制药芯将由粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物、陶瓷粉末组成的药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌，其中陶瓷粉末占药芯粉末总重量的55～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～45％；b、拔丝将搅拌均匀的药芯放入制丝机的药芯粉末注入装置中，将带状药皮放入卷盘内，按顺序穿入各功能系统的装置中，开机进行拔丝，制成管状药芯丝材，拔完丝后，将成品丝从拔丝毂上导到成品丝盘上以备使用；c、表面处理用喷砂机对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理；d、装配在制丝机上安装带有滚花的火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，调节送丝轮压紧程度，将喷枪与压缩空气阀、乙炔、氧气管线连接好；e、调节喷涂参数根据喷涂药芯丝材的材质、规格调节送丝速度、乙炔、氧气、压缩空气的压力和流量；f、涂层的制备将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，采用手工操作方式进行喷涂，用曲轴磨床对涂层进行成型加工。本发明与有机物外皮陶瓷软丝材相比较，有机物外皮陶瓷软丝材的外皮和粘结材料均为有机物，碳化温度低，进入火焰中很快烧损，陶瓷粉末来不及充分加热就被压缩空气吹出，喷涂到基体上，形成的涂层中生粉多、涂层接合强度低、耐磨性差；而高熔点金属皮陶瓷软丝材外皮金属熔点高，在外皮熔化并被喷涂到基体上之前，里面包裹的陶瓷粉末有充分的时间加热，在随后在氧乙炔焰流飞行过程中可以被加热到更高温度，最终形成的涂层中生粉少、涂层性能更加优异，另外，高熔点金属皮陶瓷软丝材生产设备价格低廉，制造过程简单，成本低，无需受进口限制。本发明与电弧喷涂用药芯丝相比较，电弧喷涂用药芯丝中也可以加入一定量的碳化物金属陶瓷，但由于受到丝材导电性的限制，陶瓷的填充比很低，所制备的涂层中陶瓷含量很少；而金属皮陶瓷软丝材采用火焰喷涂，丝材不受导电性的限制，填充比可以很高，大大提高了涂层中陶瓷的含量，涂层的耐磨损、抗冲蚀性能获得了极大的提高。本发明具有生产设备简单、制造方便、成本低廉、非常适合于大面积低成本的陶瓷耐磨损、抗冲蚀涂层的制备的优点。
图1为本发明的工艺过程示意图，1为药粉搅拌系统，2为轧尖系统，3为拔丝毂，4为药芯丝，5为拔丝成型系统，6为送药粉系统，7为整形系统，8为校平去污系统，9为导向轮，10为钢带，11为料盒，12为机体，13为拔丝变速系统，14为药粉回收系统，15为电气控制系统。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式是这样实现的a、配制药芯将由粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物、陶瓷粉末组成的药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌，其中陶瓷粉末占药芯粉末总重量的55～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～45％；b、拔丝将带状药皮放入卷盘内，按顺序穿入各功能系统的装置中，将搅拌均匀的药芯放入制丝机的药芯粉末注入装置中，开机进行拔丝，制成管状药芯丝材，拔完丝后，将成品丝从拔丝毂上导到成品丝盘上以备使用；c、表面处理用喷砂机对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理；d、装配在制丝机上安装带有滚花的火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，调节送丝轮压紧程度，将喷枪与压缩空气阀、乙炔、氧气管线连接好；e、调节喷涂参数根据喷涂药芯丝材的材质、规格调节送丝速度、乙炔、氧气、压缩空气的压力和流量；f、涂层的制备将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，采用手工操作方式进行喷涂，用曲轴磨床对涂层进行成型加工。所述陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3。所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的一种或任意几种的混合物。所述药皮的材质为低碳钢、镍、铝等。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是，陶瓷粉末占药芯粉末总重量的55～85％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的15～45％，所述药皮的材质为Q235，陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的任意几种的混合物。其他工艺参数和反应步骤与具体实施方式
一相同。本实施方式的柔性陶瓷丝材技术数据见表1。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是，陶瓷粉末占药芯粉末总重量的65～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～35％，所述药皮的材质为Ni，陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的一种或任意几种的混合物。其他工艺参数和反应步骤与具体实施方式
一相同。
本实施方式的柔性陶瓷丝材技术数据见表1。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是，陶瓷粉末占药芯粉末总重量的60～85％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的15～40％，所述药皮的材质为1Cr18Ni9Ti，陶瓷粉末为WC或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co和Ti中的任意几种的混合物。其他工艺参数和反应步骤与具体实施方式
一相同。本实施方式的柔性陶瓷丝材技术数据见表1。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是，陶瓷粉末占药芯粉末总重量的65～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～35％，所述药皮的材质为Al，陶瓷粉末为WC或Al2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co和TiO2中的任意几种的混合物。
其他工艺参数和反应步骤与具体实施方式
一相同。本实施方式的柔性陶瓷丝材技术数据见表1。
具体实施方式
六本实施方式是这样实现的a、将由Al2O3、TiO2和Al组成的药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌50分钟，其中三种组分分别占药芯总重量的75％、10和15％；b、更换Φ4.0mm拔丝成形模，Φ4.5mm过渡模，整形圆弧半径R＝2mm的整形轮，拔丝速度为30转/分，将宽20mm、厚0.8mm的镍合金带放入卷盘内，按顺序(见图1)穿入各功能系统的装置中，将搅拌均匀的药芯放入制丝机的药芯粉末注入装置中，一切准备就绪后，开机拔丝，制成Φ4.0mm、15kg的管状药芯丝材，拔完丝后，将成品丝从拔丝毂上导到成品丝盘上以备使用；c、用喷砂机对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理，由于是芯曲轴，表面比较干净，不用清洗和除油污；d、安装上送丝槽半径R＝2mm的带有滚花的火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，调节送丝轮压紧程度，将喷枪与压缩空气阀(压缩空气是用来加速喷涂速度和雾化喷涂材料的)、乙炔、氧气管线连接好；e、调节压缩空气的压力为0.6Mpa，压缩空气的气体流量大小以喷涂焰流的雾化效果而定，流量太大或太小，喷涂电弧焰流均会发散而不集中，调到喷涂电弧焰流最小的状态；乙炔压力为0.35Mpa、氧气压力为0.15Mpa，乙炔和氧气的流量配比为中性焰，流量大小以喷涂材料中金属丝皮充分熔化和药芯中陶瓷粉末充分熔融为最佳，送丝速度为2m/min，操作工艺参数的喷涂角度为85～90°，枪嘴与工件的距离为80～100mm，喷涂速度0.5m/min左右；f、将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，转速为120转/min，采用手工操作方式进行喷涂，不用打底涂层直接喷涂，通过三次重复喷涂，涂层厚度达到0.6mm，采用曲轴磨床对涂层进行成型加工，磨削后的涂层厚度0.3mm。本实施方式喷涂后的曲轴使用寿命比新产品提高4倍，喷涂所需成本是新产品的1/20左右。
表1
权利要求
1.高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于它是这样实现的a、配制药芯将由粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物、陶瓷粉末组成的药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌，其中陶瓷粉末占药芯粉末总重量的55～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～45％；b、拔丝将搅拌均匀的药芯放入制丝机的药芯粉末注入装置中，将带状药皮放入卷盘内，按顺序穿入各功能系统的装置中，开机进行拔丝，制成管状药芯丝材，拔完丝后，将成品丝从拔丝毂上导到成品丝盘上以备使用；c、表面处理用喷砂机对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理；d、装配在制丝机上安装带有滚花的火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，调节送丝轮压紧程度，将喷枪与压缩空气阀、乙炔、氧气管线连接好；e、调节喷涂参数根据喷涂药芯丝材的材质、规格调节送丝速度、乙炔、氧气、压缩空气的压力和流量；f、涂层的制备将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，采用手工操作方式进行喷涂，用曲轴磨床对涂层进行成型加工。
2.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3；粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的一种或任意几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于药皮的材质为低碳钢、镍或铝。
4.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于陶瓷粉末占药芯粉末总重量的55～85％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的15～45％。
5.根据权利要求4所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于药皮的材质为Q235，陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的任意几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于陶瓷粉末占药芯粉末总重量的65～90％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的10～35％。
7.根据权利要求6所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于药皮的材质为Ni，陶瓷粉末为WC、Al2O3、ZrO2或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Al、Co、TiO2、Y2O3和Ti中的一种或任意几种的混合物。
8.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于陶瓷粉末占药芯粉末总重量的60～85％、粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物占药芯粉末总重量的15～40％。
9.根据权利要求8所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于药皮的材质为1Cr18Ni9Ti，陶瓷粉末为WC或Cr2O3，所述粘结剂粉末与添加剂粉末的混合物为Ni、Al、Co和Ti中的任意几种的混合物。
10.根据权利要求1所述的高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，其特征在于它是这样实现的a、将由Al2O3、TiO2和Al组成的药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌50分钟，其中三种组分分别占药芯总重量的75％、10％和15％；b、更换Φ4.0mm拔丝成形模，Φ4.5mm过渡模，整形圆弧半径R＝2mm的整形轮，拔丝速度为30转/分，将宽20mm、厚0.8mm的镍合金带放入卷盘内，按顺序穿入各功能系统的装置中，将搅拌均匀的药芯放入制丝机的药芯粉末注入装置中，一切准备就绪后，开机拔丝，制成Φ4.0mm、15kg的管状药芯丝材，拔完丝后，将成品丝从拔丝毂上导到成品丝盘上以备使用；c、用喷砂机对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理；d、安装上送丝槽半径R＝2mm的带有滚花的火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，调节送丝轮压紧程度，将喷枪与压缩空气阀、乙炔、氧气管线连接好；e、调节压缩空气的压力为0.6Mpa、乙炔压力为0.35Mpa、氧气压力为0.15Mpa、送丝速度为2m/min、喷涂角度为85～90°、枪嘴与工件的距离为80～100mm、喷涂速度为0.5m/min；f、将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，转速为120转/min，采用手工操作方式进行喷涂，不用打底涂层直接喷涂，通过三次重复喷涂，涂层厚度达到0.6mm，采用曲轴磨床对涂层进行成型加工，磨削后的涂层厚度0.3mm。
全文摘要
高熔点金属皮柔性陶瓷丝材的火焰喷涂方法，它涉及一种热喷涂工艺。本发明是这样实现的a.将药芯粉末用高能球磨机充分混合搅拌；b.将带状药皮放入卷盘内，将药芯放入药芯粉末注入装置中，制成管状药芯丝材；c.对曲轴喷涂部位的轴径进行表面粗化处理；d.在制丝机上安装火焰喷涂送丝轮，将管状药芯丝材装入轮内并穿入喷枪嘴中，将喷枪与压缩空气阀、乙炔、氧气管线连接好；e.调节送丝速度、乙炔、氧气、压缩空气的压力和流量；f.将曲轴装配在专用旋转工作台上，喷涂时曲轴进行旋转，采用手工操作方式进行喷涂，用曲轴磨床对涂层进行成型加工。本发明具有生产设备简单、制造方便、成本低廉的优点。
文档编号C23C4/10GK1594641SQ20041004364
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月23日 优先权日2004年6月23日
发明者刘爱国, 郭面焕 申请人:哈尔滨工业大学