专利名称：多工艺复合制备金属表面涂层技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面加工技术领域，具体为一种多工艺复合制备金属表面涂 层技术。
背景技术：
在冶金、电力、石化、矿山、建材等行业的输料、排灰、烟道、除尘热工设备中对一些 部件表面进行大量的耐磨、防腐、耐温、抗氧化处理。冷喷涂或刷涂涂料制备涂层能起到一定的保护作用，但因其强度低、容易脱落、使 用寿命短而逐渐被新工艺取代。目前，这些处理的方式比较先进的是采用热喷涂方式和激光重熔制备涂层，而热 喷涂的方式有包括电弧喷涂、等离子喷涂、火焰喷涂。电弧喷涂技术是20世纪80年代兴起的热喷涂技术新秀，这项技术是以两根金属 丝或粉芯丝在喷枪端部短路产生的电弧为热源，将融化的丝材用压缩空气气流雾化呈为熔 滴，高速射到金属基材表面形成喷涂层的一种工艺。由于其具有应用领域广、涂层性能好、 节能、经济、安全等特点而日益收到重视。但是，由于粒子喷射速度有限且氧化程度严重， 使电弧喷涂的涂层质量受到影响，存在一定量的夹杂和气孔，降低了涂层的耐磨、防腐的效 果。另外，就结合强度而言，电弧喷涂涂层的结合强度虽由于用氧气乙炔火焰喷涂涂层，但 是终究属于机械结合，结合力较弱，因而不能承受载荷、不耐磨粒磨损和冲蚀磨损，甚至有 些涂层在使用过程中直接脱落。而火焰喷涂、等离子喷涂也有上述缺点。激光重熔技术是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材 料，经激光辐照使之和基体表面一层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶 金结合的表面熔覆层，从而增加基体缺损位尺寸也可显着改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、 耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。激光重熔技术具有较低稀释率、热影响区小、与基 面形成冶金结合、熔覆件扭曲变形比较小、过程易于实现自动化等优点，一般激光重熔要在 真空进行或同时用保护气体进行保护。激光重熔一般需同时喷粉或重熔放置好了的薄板、 丝材焊料。由于在一些异性件的表面布置薄板、丝材比较困难，故大大的影响了其使用范围 及工作效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种多工艺复合制备金属 表面涂层技术。本发明的技术方案是这样实现的一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于它同时使用了热喷涂、冷喷 涂、激光重熔三种涂层制备工艺来制备涂层，它包含以下步骤(1).金属基材表面预处理用磨料喷砂处理，去除污物及氧化皮，表面粗化。
(2).电弧喷涂。(3).激光重熔。(4).冷喷涂。所述的涂层可为金属、合金、陶瓷、金属与陶瓷混合体，厚度0. 4 2mm。所述的热喷涂可为电弧喷涂或火焰喷涂或等离子喷涂。其喷涂用丝材可为Al、Zn、 Fe、Ni、Cr、7Crl3、Ni-Cr-Ti 合金、Fe-B 合金、Fe-B-REM 稀土合金、FeCrNiBSiRE 粉芯丝材、 碳化物陶瓷粉芯丝材。所述的冷喷涂可为冷态喷涂或冷态刷涂，其使用材料为封孔剂、稀土防氧化剂、陶 瓷涂料。上述的封孔剂为40 50wt%的酚醛树脂与50 60wt %铝粉的混合物，其固体 物质粒度为30 80um ；上述的稀土防氧化剂为2 Ce02、5 Ni、40 45% wt的FeAl粉、41 53wt%的水玻璃的混合物，其固体物质粒度为30 80um ；上述的 陶瓷涂料为高铝925水泥15 20wt%，粒度为30 80um的铝粉占15 20wt%，粒度为 800 1200um的碳化硅占20 30wt%，水玻璃40 50wt%。所述的激光重熔可为激光熔覆或激光焊接；其可对全涂层重熔或部分涂层重熔， 激光重熔的对象为热喷涂的涂层。与现有技术相比，本发明的优点在于1.与单一热喷涂工艺制备的涂层相比，经过激光重熔后，同等材质体积更致密、强 度更高、结合力更强。通过激光重熔，对热喷涂层进行了 二次熔化，消除其层状搭嵌结构，并 排除体层中的渣类夹杂及气孔，增加涂层的致密度及强度。另外还可以使热喷涂层与基体 的结合方式有机械结合转化为冶金结合，结合强度大大提高。2.与单一用激光重熔工艺制备涂层相比，本技术直接用激光辐照热喷涂层，可以 辐照异型件，克服了因布置重熔用的粉、丝或板的空间和时间约束。另外，对有些本身具有 很好的强度而与金属基材结合力不强的热喷涂层，只需在热喷涂层的若干点进行激光重熔 就能起到加强其结合力的效果，无需全部重熔，节省了时间，提高了效率。3.采用冷喷涂工艺，在激光重熔后的热喷涂层上形成保护层，它起到封闭气孔、隔 绝氧化、防止腐蚀和表面加强的作用，进一步提高了涂层的性能。4.适用范围广。本发明能适用规则及不规则形状的金属基材，可制备锅炉水冷壁、 过热器、再热器、风机叶轮、转炉烟罩的保护涂层。综上所述，本发明通过同时利用三种制备涂层的工艺，结合了它们的优点，克服了 它们的不足，能低成本、高效率的制备具有耐磨、防腐、耐热、抗高温氧化、抗疲劳剥落功能 的高性能涂层。
具体实施例方式实施例1 对φ 100 X 100 X 5mm的20G钢管进行喷砂处理，去除表面的杂质及氧化 皮，清洁度达到Sa3级，粗糙度达到50um。使用TLAS-400C高性能超音速电弧喷涂设备喷 涂JH-7Crl3粉芯丝材，制备厚度为0. 7mm的电弧喷涂涂层；使用R-700激光熔补机对部分 涂层进行全涂层重熔，激光辐照速度Φ3πιπιΧ (0-12)HZ/S。制备出的涂层再刷涂稀土防氧 化剂,稀土防氧化剂为2 CeO2,5 Ni,40 45% wt的FeAl粉、41 53wt%的水玻璃的混合物，其固体物质粒度为30 80um。自然固化12h，然后放入烘箱中 在120°C环境下烘烤2h。所得涂层的主要性能结合强度376N/mm2，气孔率0. 01%，涂层硬度为553HV0. 1， 涂层硬度HRC > 52，耐磨性是20G的6倍。实施例2 对Φ 100 X 100 X 5mm的20G钢管进行喷砂处理，去除表面的杂质及氧化 皮，清洁度达到Sa 3级，粗糙度达到50um。使用TLAS-400C高性能超音速电弧喷涂设备喷 涂JH-SAM粉芯丝材，制备厚度为0. 7mm的电弧喷涂涂层。使用R-700激光熔补机对部分 涂层进行全涂层重熔，激光辐照速度0 3mmX (0_12)HZ/S。再刷涂封孔剂，封孔剂为40 50wt%的酚醛树脂与50 60wt%铝粉的混合物，厚度0. 2mm。自然固化12h，然后放入烘箱 中在120°C环境下烘烤2h。所得涂层的主要性能结合强度305N/mm2，气孔率0. 03 %，涂层硬度为 1430HV0. 1，涂层硬度HRC > 63，耐磨性是20G的30倍。实施例3 对Φ 100 X 100 X 5mm的20G钢管进行喷砂处理，去除表面的杂质及氧化 皮，清洁度达到Sa 3级，粗糙度达到50um。使用TLAS-400C高性能超音速电弧喷涂设备喷 涂JH-7Cr 13粉芯丝材，制备厚度为0.7mm的电弧喷涂涂层。使用R-700激光熔补机对部 分涂层进行部分涂层重熔，激光辐照速度Φ3πιπιΧ (0-12)HZ/S，辐照宽度3mm，辐照条与条 的间距20mm。再刷涂稀土防氧化剂，稀土防氧化剂为2 4衬％的Ce02、5 10衬％的Ni、 40 45% wt的FeAl粉、41 53wt %的水玻璃的混合物，其固体物质粒度为30 80um。 自然固化12h，然后放入烘箱中在120°C环境下烘烤2h。所得涂层的主要性能结合强度156N/mm2，气孔率0. 02%，涂层硬度为490HV0. 1， 涂层硬度HRC > 48，耐磨性是20G的3倍。实施例4 对Φ 100 X 100 X 5mm的20G钢管进行喷砂处理，去除表面的杂质及氧化 皮，清洁度达到Sa 3级，粗糙度达到50um。使用TLAS-400C高性能超音速电弧喷涂设备喷 涂JH-SAM粉芯丝材，制备厚度为0. 7mm的电弧喷涂涂层。使用R-700激光熔补机对部分涂 层进行部分涂层重熔，激光辐照速度Φ3πιπιΧ (0-12)HZ/S，辐照宽度3mm，辐照条与条的间 距20mm。再刷涂封孔剂，封孔剂为40 50wt%的酚醛树脂与50 60衬％铝粉的混合物， 厚度0. 2mm。自然固化12h，然后放入烘箱中在120°C环境下烘烤2h。所得涂层的主要性能结合强度124N/mm2，气孔率0.04%，涂层硬度为 1362HV0. 1，涂层硬度HRC > 60，耐磨性是20G的21倍。
权利要求
一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于它同时使用了热喷涂、冷喷涂、激光重熔三种涂层制备工艺在金属基材表面制备涂层，它包含以下步骤(1).金属基材表面预处理用磨料喷砂处理，去除污物及氧化皮，表面粗化；(2).电弧喷涂；(3).激光重熔；(4).冷喷涂。
2.根据权利要求1所述的一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于所述涂 层为金属、合金、陶瓷、金属与陶瓷混合体，厚度0. 4 2mm。
3.根据权利要求1所述的一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于所述 的热喷涂可为电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂，其用材质可为Al、Zn、Fe、Ni、Cr、7Crl3、 Ni-Cr-Ti合金、Fe-B合金、Fe-B-REM稀土合金、FeCrNiBSiRE粉芯丝材、碳化物陶瓷粉芯丝 材。
4.根据权利要求1所述的一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于所述的 冷喷涂可为冷态喷涂或冷态刷涂，其使用材料为封孔剂、稀土防氧化剂、陶瓷涂料。
5.根据权利要求4所述的封孔剂为40 50wt%的酚醛树脂与50 60wt %铝粉的混合 物，其固体物质粒度为30 80um ；所述的稀土防氧化剂为2 4衬％的Ce02、5 10衬％的 Ni、40 45% wt的FeAl粉、41 53wt%的水玻璃的混合物，其固体物质粒度为30 80um ； 所述的陶瓷涂料为高铝925水泥15 20wt%，粒度为30 80um的铝粉占15 20wt%， 粒度为800 1200um的碳化硅占20 30wt%，水玻璃40 50wt%。
6.根据权利要求1所述的一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于所述的 激光重熔可为激光熔覆或激光焊接；其可对全涂层重熔或部分涂层重熔，激光重熔的对象 为热喷涂的涂层。
全文摘要
一种多工艺复合制备金属表面涂层技术，其特征在于它同时使用了热喷涂、冷喷涂、激光重熔三种涂层制备工艺在金属基材表面制备涂层，它包含以下步骤1)金属基材表面预处理；2)电弧喷涂；3)激光重熔；4)冷喷涂。本发明通过同时利用三种制备涂层的工艺，结合了它们的优点，克服了它们的不足，能低成本、高效率的制备具有耐磨、防腐、耐热、抗高温氧化、抗疲劳剥落功能的高性能涂层。
文档编号C23C28/00GK101962768SQ201010289878
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月18日 优先权日2010年9月18日
发明者黄锦 申请人:黄锦