一种电弧喷涂丝材及其制备、喷涂方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电弧喷涂丝材及其制备、喷涂方法，属于环境防护领域。
【背景技术】
[0002] 新一代运载火箭发射平台在设计研制时，需在表面涂覆防护涂层，以防止火箭起 飞过程中高温高速的燃气流对发射平台冲刷和烧蚀引起设备损坏。同时，与以往传统发射 平台相比，新一代运载火箭发射平台服役在海南，其在储存、运输、使用过程中均受到海洋 性气候影响，产品的防腐蚀性能受到很大考验。
[0003]国内现有的火箭发射平台涂层体系主要采用703所研制的环氧有机涂料或大连 化物所研制的无机混凝土结构材料，这两种材料体系耐高温冲刷性相对一般，涂层在热流 冲刷后厚度减薄、孔隙增多，局部损伤严重，大幅度降低了耐高温、防腐蚀性能。因此，每一 次发射使用后均需花费大量人工、周期对破损区域进行重新维护，特别是转换装置、服务塔 等大面积部位，维护的成本和周期均难以满足大强度、高频次的发射需求，严重影响了产品 使用进度。同时，由于发射平台处于海南的海洋湿热气候下，原有涂层方案不具备耐候性 能，长期存放或使用将会出现涂层脱落、发霉等腐蚀失效问题，对发射平台造成破坏性影 响，大大缩短其防护效果和使用寿命。
[0004] 因此，面对运载火箭活动发射平台防护涂层耐高温冲刷、防腐蚀性能的要求，应通 过对涂层材料体系的设计优化及一体化涂层制备技术的研究，改进涂层多种功能匹配性 能，解决涂层功能单一、使用寿命低、可靠性差等问题，需提升其功能的全面性和使用寿命， 以满足使用需求。
[0005] 申请号为201510009704X的发明专利公开了一种电弧喷涂丝材制备方法，采用粉 芯材料采用的A1203粉料添加SiC的粉料制备丝材，喷涂获得的涂层具有耐高温、耐磨和防 滑的性能，然而表面粗糙度较高，Ra值在60~200μm，耐腐蚀性较差较低，丝材的外径为 3_，涂层金属相和陶瓷相分布均匀性较差，适用于船甲板、跑道等位置，而对于例如船舷、 台阶、防护栏，发射平台外围护栏、走道等耐高温性和耐磨性要求较低，但耐腐蚀性和耐候 寿命要求较高，且需要涂装的部位，该丝材并不满足要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是为了克服海洋性环境下火箭发射平台表面防护需求的不足，提出 一种兼具防热、防腐、防滑等功能的新型涂层材料及其制备技术方法，该技术所制备的涂层 材料组织结构致密均匀、结合强度高、涂层表面粗糙度可控，能够有效提高金属基体表面的 综合性能，满足新型发射平台表面防护的需求。
[0007] 本发明目的通过如下技术方案予以实现：
[0008] 提供一种电弧喷涂铝基陶瓷丝材的制备方法，通过以下步骤实现：
[0009] 步骤一：将铝带剪裁为指定宽度，将铝带沿宽度方向两侧向上弯折，形成上端开口 的中空结构，作为电弧喷涂丝材的表皮；
[0010] 步骤二：分别选取微米级A1203粉料、纳米级A1 203粉料、微米级Si02粉料和纳米级 Si〇2粉料，并混合均匀，制备出粉芯材料；
[0011] 步骤三：将步骤二的粉芯材料均匀注入步骤一的中空结构内部，将中空结构上端 开口封闭，对将封闭后的铝带进行挤压使铝带紧密包覆粉芯，然后将包覆粉芯的铝带拉拔 为电弧喷涂丝材。
[0012] 优选的，所述微米级A1203粉料的粒径范围为1~200μL?，所述纳米级A1 203粉料的 粒径范围为500~990nm，所述微米级Si02粉料的粒径范围为1~50μm，所述纳米级SiO2 粉料的粒径范围为500~900nm〇
[0013] 优选的，所述粉芯材料中微米级A1203粉料的质量含量为97%~98%，所述纳米级 A1203粉料的质量含量为1~1. 5%，所述微米级SiO2粉料的质量含量为0. 5~1 %，所述纳 米级Si02粉料的质量含量为0. 1~0. 5 %。
[0014] 优选的，所述指定宽度为8~12mm、错带厚度为1~1. 5mm;拉拔后喷涂丝材的外 径为cp2mm±0.1mm，.所述粉芯占所述丝材的质量含量的20 %~28%。
[0015] 提供一种电弧喷涂铝基陶瓷丝材，所述丝材包括铝制外壳以及粉芯；所述粉芯包 括微米级A1203、纳米级A1203、微米级Si02以及纳米级的SiO2粉料。
[0016] 优选的，所述粉芯占所述丝材的质量含量的20%~28%。
[0017] 优选的，所述微米级A1203粉料的粒径范围为1~200μL?，所述纳米级A1 203粉料的 粒径范围为500~990nm，所述微米级Si02粉料的粒径范围为1~50μm，所述纳米级SiO2 粉料的粒径范围为500~900nm〇
[0018] 优选的，所述粉芯材料中微米级A1203粉料的质量含量为97 %~98%，所述纳米级 A1203粉料的质量含量为1~1. 5%，所述微米级SiO2粉料的质量含量为0. 5~1 %，所述纳 米级Si02粉料的质量含量为0. 1~0. 5 %。
[0019]同时提供一种采用所述电弧喷涂铝基陶瓷丝材进行喷涂的喷涂方法，其特征在 于，步骤如下：
[0020] (1)将所述丝材装入电弧喷涂设备送丝机构当中待喷涂，喷涂基体为钢基体或铝 基体；
[0021] (2)对基体喷涂部位吹砂处理，吹砂选用24~60目棕刚玉，压缩空气压力0· 3~ 0· 6MPa;
[0022] (3)电弧喷涂工艺参数为工作电压30~35V，工作电流150~299A，喷距120~ 250mm，空气压力0· 2~0· 7MPa，涂层厚度0· 2~1. 2mm。
[0023] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0024] (1)本发明粉芯材料选择微米级A1203粉料和纳米级A1 203粉料，增加涂层中陶瓷 相的均匀分布性，添加微量的微米级和纳米级的Si02粉料，填充陶瓷相和金属相的孔隙，同 时增强涂层的耐高温性和热反射性；喷涂后试样进行静摩擦系数、涂层结合强度性能和耐 盐雾腐蚀性能测试，测试结果满足涂层静摩擦系数> 〇. 9,结合强度多20MPa，涂层经360h 盐雾腐蚀试验无鼓泡失效，能够较好的满足应用要求。
[0025] (2)本发明添加微量的纳米级Si02粉料，和微米级的SiO2粉料相互补充，可充分 填充涂层各相晶界间的微裂纹，从微观层面强化了材料本身的机械性能和耐腐蚀性能，同 时提高了涂层的热反率，保证了涂层在长效防腐前提下的热反射性能，此外，310 2高温下具 有玻璃相流体特性，使涂层具有了高温自愈合性，提高了涂层整体使用寿命。
[0026] (3)本发明采用铝带包覆，率及材料本身具有耐腐蚀的作用，同时增加了涂层的可 塑性，实现铝基陶瓷复合涂层的电弧喷涂，相比于采用粉体喷涂材料的等离子喷涂工艺，电 弧喷涂工艺制备的铝基陶瓷复合涂层具有更好的涂层均匀性，此外，电弧喷涂工艺操作简 便，易于外场或现场施工，喷涂效率更高，涂层制备成本也更低。
[0027] (4)喷涂后的涂层组织结构致密均匀、结合强度高、表面粗糙度可控，能够有效提 高金属基体表面的综合性能，具备防热、防腐、防滑等功能。
[0028] (5)采用本发明的丝材喷涂获得的涂层表面粗糙度Ra值在10~60μm，可满足不 同表面涂装的需求。
[0029] (6)本发明制备的铝基陶瓷粉芯丝材外径为Φ2πιπι，这使喷涂后的涂层金属相含 量增加，提高了涂层的耐腐蚀性能，此外，丝材较细的外径更加有利于量化控制涂层的表面 粗糙度，其同时具备的多种优良性能使该种涂层可作为其他复合涂层材料的底层，针对不 同的应用工况需求制备出不同功能的复合涂层材料，应用前景广泛。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明实施例1中制备的Φ2πιπι铝基陶瓷粉芯丝材截面的扫描电镜照片；
[0031] 图2为本发明实施例1中电弧喷涂铝基陶瓷粉芯丝材所制备涂层截面的扫描电镜 照片。
【具体实施方式】
[0032] 本发明提供了一种铝基陶瓷电弧喷涂丝材的制备方法及其喷涂方法，通过以下步 骤实现：
[0033] 步骤一：喷涂丝材表皮选用牌号5052的铝带，其中铝带宽度为8-12mm、厚度为 1-1. 5_的铝带，将铝带剪裁为适当尺寸，并经成型模具弯折为"U型"结构，作为电弧喷涂 丝材的表皮；
[0034] 步骤二：分别选取质量含量为97%~98%、粒径尺寸为1~200μπι的A1203粉料， 质量含量为1~1. 5%、粒径尺寸为500~990nm的A1203粉料以及质量含量为0. 5~1%、 粒径尺寸为1~50μπι的Si02粉末，质量含量为0~0. 5%、粒径尺寸为500~900nm的 Si〇2粉料，并混合均匀，制备出粉芯材料；
[0035] 步骤三：将步骤二的粉芯材料均匀注入步骤一的"U型"铝带中，使铝带紧密包覆 粉芯，然后将包覆粉芯的铝带拉拔为的喷涂丝材，拉拔后喷涂丝材的外径为2mm±0. 1mm;
[0036] 进行喷涂前，还需要进行步骤四：即采用缠绕机构将制备的喷涂丝材缠绕成捆，每 一捆电弧喷涂丝材的重量为5-10Kg。
[0037] 通过上述所述方法制备的电弧喷涂丝材，包括