一种消除喷涂涂层孔隙率的方法与流程

本发明公开一种消除喷涂涂层孔隙率的方法，属于喷涂涂层封孔技术领域。

背景技术：

喷涂是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，喷涂涂层制备的原理决定了它是由微小颗粒相互交错堆叠而成的沉积层。，因此在形成涂层的过程中会出现空隙，而且涂层会出现一定的多孔性，有些孔隙甚至从涂层表面一直延续到基体的表面。涂层的孔隙率为1%~30%，这些孔隙对防腐及其它应用是有害的，比如腐蚀介质穿透气孔到达被保护的基体表面腐蚀产物在界面积累会使热喷涂层龟裂脱落。因此，空隙的存在会降低涂层的综合力学性能。采用合理的工艺手段，消除喷涂涂层表面或内在的孔隙，是提高喷涂涂层的综合力学性能，提高涂层的寿命和工作效率的有效方法。

本发明中喷涂主要采用热喷涂或冷喷涂方式，而目前降低喷涂涂层孔隙率的主要方法有：喷涂工艺的改进、新的喷涂材料的开发和封孔剂的使用。喷涂工作原理决定了涂层中不可避免的出现空隙，改进喷涂的工艺参数，只能有限的降低涂层的空隙率。封孔处理，是采用封孔剂浸透孔隙从而填充到孔隙中，但大多封孔处理只能处理涂层表面的孔隙，对涂层内部孔隙缺乏必要的处理，影响涂层的长时间应用性能。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：目前降低喷涂涂层孔隙率的方法只能有限的降低涂层的空隙率，影响涂层的长时间应用性能。

本发明的目的在于提供一种消除喷涂涂层孔隙率的方法，具体为：

当涂层不能电磁感应加热时，直接利用电磁感应加热喷涂基体，基体热传导加热涂层，使涂层温度达到其熔点温度的40%～90%，在涂层表面施加压力，然后保温一段时间，实现封孔处理；其中，基体可电磁感应加热。

当涂层可电磁感应加热，直接加热涂层，使涂层温度达到其熔点温度的40%～90%，在涂层表面施加压力，然后保温一段时间，实现封孔处理。

优选的，当涂层不能电磁感应加热时，本发明所述涂层是指以铁、钴、镍、铁合金、钴合金或者镍合金为基体的材料，采用热喷涂或者冷喷涂在基体上喷涂纯Al、纯Zn、Mg/Al合金、或者Al/Zn合金制备得到。

优选的，当涂层可电磁感应加热，本发明所述涂层是指所述涂层是指以铁、钴、镍、铁合金、钴合金或者镍合金为基体的材料，采用热喷涂或者冷喷涂在基体上喷涂Ni/Al合金或者Co/Al合金制备得到。

优选的，本发明所述基体的厚度为0.5～4.0㎝基体的涂层厚度为0.2～10㎜。

优选的，本发明通过轧辊机或者管状模具在涂层表面施加压力，使压下量大于等于涂层厚度的五分之一。

优选的，本发明所述保温时间为40~60min。

本发明所述热喷涂为常规热喷涂，例如电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂等，冷喷涂技术为常规冷喷涂技术。

本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

（1）本发明所述方法可以消除涂层的孔隙率，涂层的孔隙率由1％~30％降到零，提高涂层的致密度，提高涂层的综合力学性能，因此提高涂层的寿命和工作效率。

（2）本发明所述方法可以同时处理涂层表面和内部的孔隙，可以完全消除涂层的孔隙，因而提高涂层的寿命及其应用性能。

（3）电磁感应在金属内产生大量的焦耳热，快速使材料升温，可以很快使涂层达到熔点温度40%～90%，能源利用率高。

（4）电磁感应温度达到涂层熔点40%～90%时对涂层施加压力，工艺简单容易操作。

（5）电磁感应设备操作简单，加热过程中对温度可以很好地控制，因而可以有效地提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2平板样品消除涂层孔隙率的原理图；

图3管状样品消除涂层孔隙率的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例采用常规的金相法对涂层的孔隙率进行测试。

实施例1

（1）选取丝材的直径为2.0㎜的纯铝丝，把丝材安装到电弧喷涂设备上。

（2）工艺参数为：选用氩气为喷涂气氛，雾化气压为0.8MPa；喷涂电压为32V；喷涂电流为180A；喷涂距离选择180mm；沉积速度为128g/min；涂层厚度为200μm 。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中，把温度加热到500℃。

（4）启动轧辊机使涂层匀速通过轧辊，压下量15μm。

（5）保温50分钟后随炉冷却；此时，涂层的空隙率将会达降到零。

实施例2

（1）选取丝材的直径为2.2㎜的纯锌丝，把丝材安装到电弧喷涂设备上。

（2）选用氩气为喷涂气氛，雾化气压为0.7MPa；喷涂电压为32V；喷涂电流为180A；喷涂距离选择180mm；沉积速度为130g/min；涂层厚度为300μm。涂层孔隙率为14%。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中，把温度加热到380℃。

（4）启动轧辊机使涂层匀速通过轧辊，压下量40μm。

（5）保温60分钟后随炉冷却；此时，涂层的空隙率将会达降到零。

实施例3

（1）选取丝材的直径为2.5㎜的镍铝合金丝，安装在电弧喷涂设备上。

（2）选用氩气为喷涂气氛，雾化气压为0.6MPa；喷涂电压为32V；喷涂电流为180A；喷涂距离选择150mm；沉积速度为135g/min；涂层厚度为250μm。涂层空隙率为15%。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中，把温度加热到300℃（使涂层达到熔融或者半熔融状态。

（4）启动轧辊机使涂层匀速通过轧辊，压下量37μm。

（5）保温60分钟后随炉冷却；此时，涂层的空隙率将会达降到零。

实施例4

（1）选取丝材的直径为2.6mm的纯锌丝、纯铝丝，把丝材安装到电弧喷涂设备上。

（2）选用氩气为喷涂气氛，雾化气压为0.8MPa；喷涂电压为32V；喷涂电流为180A；喷涂距离选择180mm；沉积速度为128g/min；在镍基合金上制备出厚度为300μm 的铝锌合金涂层。涂层的孔隙率为18%。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中，把温度加热到400℃。

（4） 启动轧辊机使涂层匀速通过轧辊，压下量60μm。

（5）保温40分钟后随炉冷却，此时，涂层的空隙率将会达降到零。

实施例5

（1）选取粒度为45微米的钴铝粉末，放到等离子喷涂设备中。

（2）等离子喷涂的工艺参数为：主气为Ar和N₂，氩气的气流量为90L/min，氮气的气流量为15L/min，工作电流为380A，工作电压为120~160V；送粉器送粉气体为Ar，气体流量为45L/min；喷嘴距离基体距离为10㎝，喷嘴的移动速度为0.005~0.04m/s。在镍基合金上制备出厚度为0.20㎜的钴铝合金涂层。涂层的孔隙率为24%。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中,把温度加热到850℃（使涂层达到熔融或者半熔融状态）。

（4） 启动管状模具使涂层匀速通过模具，压下量40μm。

（5）保温50分钟后随炉冷却，此时，涂层的空隙率将会达降到零。

实施例6

（1）选取粒度为45微米的镍铝粉末，把镍铝粉末放到冷喷涂设备中。

（2）主气为氮和氦，送粉速率控制在7kg/h，气体流量为45L/min；喷嘴距离基体距离为12㎝，气体压力为3.5MPa。压缩空气加速金属粒子到临界速度（超音速）, 在镍基合金上制备出厚度为0.32㎜的镍铝合金涂层。涂层的孔隙率为15%。

（3）把制备好的涂层放入到电磁感应加热设备中，控制设备相应的参数，把温度加热到820℃（使涂层达到熔融或者半熔融状态）。

（4） 启动管状模具使涂层匀速通过模具，压下量55μm。

（5）保温60分钟后随感应炉冷却，此时，涂层的空隙率将会达降到零。