一种释放采用热喷涂制备涂层的内应力的方法
【专利摘要】本发明公开一种释放采用热喷涂制备涂层的内应力的方法，属于热喷涂技术制备涂层领域。本发明所述方法利用物理分割把涂层分块的方法来缓解热喷涂制备涂层的内应力，解决了涂层内应力引起的粘结不牢固，喷涂及使用过程中涂层翘曲或脱落等问题。本发明把热喷涂涂层割裂为多个涂层块，使涂层与基体内应力分布更加均匀，应力更加分散，并且释放涂层在制备和使用过程中的应力集中，从而提高了涂层的整体粘结性能。分割后即使部分涂层脱落或受到破坏，也不会影响其它部分涂层和产品整体的继续使用，而且修复工艺简单。将涂层分割释放内应力的方法，拓展了热喷涂技术及涂层的使用范围。
【专利说明】
一种释放采用热喷涂制备涂层的内应力的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种释放采用热喷涂制备涂层的内应力的方法，属于热喷涂技术制备涂层领域。
【背景技术】
[0002]热喷涂技术包括电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、氧-乙炔火焰喷涂技术、超音速火焰喷涂等技术。采用火焰、电弧、等离子弧、爆炸波等提供热源，产生高温高压焰流或超音速焰流，将涂层材料(如各种金属、陶瓷、金属加陶瓷的复合材料、各种塑料粉末的固态喷涂材料)瞬间加热到塑态或熔融态，高速喷涂到经预处理(清洁粗糙)的基体表面形成涂层。热喷涂技术具有很多优点:原料利用率高，非常容易实现产业化和自动化生产，该项技术的生产效率非常高，被广泛运用于机械、航天等方面。但是热喷涂技术在喷涂时由于涂层内应力容易导致涂层内部出现裂纹，从而影响了产品质量和喷涂的效率，在后续使用过程中会出现涂层掉落，生产的涂层只要一旦受到破坏或发生脱落而且修复困难，影响整个产品的使用周期。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的问题是:克服喷涂过程中的内应力过大和使用过程会引起涂层脱落、开裂的问题。
[0004]本发明目的及意义在于用性价比高的技术解决喷涂过程中的应力聚集、释放问题和热膨胀系数不同而引起的涂层脱落、开裂、翘曲变形乃至损坏容器的情况，使涂层粘结更加牢固，使用寿命更持久；
本发明的技术方案为:采用物理方法使涂层成网格状分布，使喷涂过程中的应力及时得到分散释放，使每个小块的涂层始终保持完整性，始终使涂层粘结在容器壁上;从而解决了涂层应力而引起的粘结不牢固、喷涂过程中开裂、使用过程中由于热膨胀系数差别太大而引起的开裂等问题。
[0005]所述网格为任意形状，如正方形、矩形、蜂窝状、条形、圆形、环形等形状(附图1为通过本方法制备感应加热的一种网格模型图)，其中涂层分割法制备的局部感应加热层的形状可根据需要进行调整，如方形、蜂窝状、条形、圆形、环形等。
[0006]所述涂层被凹槽I分隔成网格状(如图2所示)，将各个网格分隔开的凹槽I宽度为0.1mm?10_，可以通过控制网板的骨架宽度来实现，也可以在切割过程中进行控制。
[0007]所述涂层被分割后的其每一小块涂层2的面积为0.0lmm2?10000mm2，(如图2所示)。
[0008]优选的，本发明所述物理方法可以通过将基体表面进行粗化、清洁处理后，在基体的待喷涂表面罩上或贴上镂空的网板，然后进行热喷涂，去除网板后得到成网格状分布的涂层。
[0009]优选的，本发明所述物理方法还可以将喷涂完成的涂层进行机械切割分割成网格状，涂层的形状可以按需求进行分割。
[0010]本发明所述方法可以根据使用要求用特定的图案网格罩住局部感应加热层表面进行喷涂，既美观又解决了内应力问题，该图案还起到防伪的作用，或在局部感应加热层表面制备一层铜、铝、锌、镍、陶瓷等作为保护层或耐磨层。
[0011]可以根据不同使用要求，不同的使用条件，选用电弧喷涂技术、等离子喷涂技术、氧-乙炔火焰喷涂技术、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等技术，可选热喷涂技术范围广。热喷涂技术采用机械手智能化喷涂系统、喷涂效率高、喷涂涂层厚度准确均匀。机械手智能化喷涂系统有利于多次间歇式喷涂，使涂层内部应力及时充分的释放，涂层强度更高、粘结更好。
[0012]本发明的有益效果:
(I)本发明利用物理分割把涂层分块，整涂层被分割成按规律排列的正方形、矩形、蜂窝状等图形或图案的局部涂层，使喷涂过程中的应力及时得到分散释放，保证了每块局部、独立的涂层始终保持完整性和良好的粘结性能;解决了涂层应力而引起的粘结不牢固、喷涂过程中开裂、使用过程中由于内应力而引起的开裂和对产品的破坏现象。
[0013](2)本发明把传统整体涂层分为多个小块涂层，使用过程中即使一块局部的涂层受到损伤甚至脱落，也不会影响其他部分的涂层和整个基体的使用且容易修复，延长了产品的使用寿命。
[0014](3)本发明采取增材制造的理念，利用该方法及时释放了热喷涂制备的涂层内应力，降低了涂层使用过程的维修成本，增加了再制造的可能性。
[0015](4)本发明促进热喷涂技术的后续普及和发展及使用范围。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1原理图；
图2为本发明所述方法制备得到的其中一种涂层的三维模型图；
图3为正方形局部感应加热涂层排列模型图；
图4为蜂窝状局部感应加热涂层排列模型图。
[0017]图2中:卜凹槽;2-小块涂层;3-基体。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例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。
[0019]本发明的技术方案为:采用物理方法使涂层成网格状分布，使喷涂过程中的应力及时得到分散释放，使每个小块的涂层始终保持完整性，始终使涂层粘结在容器壁上;从而解决了涂层应力而引起的粘结不牢固、喷涂过程中开裂、使用过程中由于热膨胀系数差别太大而引起的开裂等问题。
[0020]所述网格为任意形状，如正方形、矩形、蜂窝状、条形、圆形、环形等形状(附图2为通过本方法制备得到的其中一种涂层的三维模型图)，其中涂层分割法制备的局部感应加热层的形状可根据需要进行调整，如方形、蜂窝状、条形、圆形、环形等。
[0021]本发明实施例制备多层涂层的制备方案如下，具体包括以下步骤:
(I)首先使用白刚玉、棕刚玉或锆刚玉(沙粒的粒度为18_25μπι)对基体进行喷砂处理；喷完后用压缩干燥空气吹掉残余在基体表面凹坑中的砂粒、杂质。
[0022](2 )利用热喷涂系统，把待喷涂基体放到喷涂系统的喷涂平台上，做好喷涂前准备，进行喷涂。
[0023](3)按要求进行机械加工处理涂层表面，达到相应的使用要求。
[0024]实施例1
本实施例以铝合金为基体，在铝合金基体上喷涂316L不锈钢涂层，具体方法为:将铝合金基体表面进行粗化、清洁处理后，在铝合金基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的钼丝，钼丝粗细为0.1mm)，网板的形状为蜂窝状，每块蜂窝状面积为0.01mm2。采用电弧喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格紧贴待喷涂表面，喷雾电压32 V，电流180 A和喷气压力0.6 MPa，喷枪距网格200 mm，喷涂速度6mm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为ΙΟΟμπι。
[0025]本实施例制备得到的涂层呈蜂窝状分布，每个网格的面积为0.01mm2，网格之间的距离为0.1111111;采用显微硬度测试仪10)10-服3-10002涂层进行硬度测试，其硬度为390服；具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到90Mpa，热震次数超过20次。
[0026]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的铝合金基体表面的316L不锈钢涂层，硬度为370HV，其粘结强度为30Mpa，热震次数不超过10次。
[0027]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0028]实施例2
本实施例以铝合金为基体，在铝合金基体上喷涂N1-Al涂层，具体方法为:将铝合金基体表面进行粗化、清洁处理后，在铝合金基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的铬丝，铬丝粗细为10mm)，网板的形状为网格状，每块网格状面积为10000mm2。采用等离子喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面4mm，喷枪距离网格200mm;电流410A;电压320V;N2流量230L/min;Ar流量100L/min;H2流量15L/min;送粉电压18V，喷枪移动速度6mm/s，制备的涂层厚度约为700μπι。
[0029]本实施例制备得到的涂层呈网格状分布，每个网格状的面积为1000mm2，网格之间的距离为10mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为350HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到104Mpa，热震次数超过25次。去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为700μπι。
[0030]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的铝合金基体表面的N1-Al涂层，硬度为345HV，其粘结强度为83Mpa，热震次数不超过15次。
[0031]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0032]实施例3
本实施例以陶瓷为基体，在陶瓷基体上喷涂N1-Cr涂层，具体方法为:将表面进行粗化、清洁处理后，在陶瓷基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的钽丝，钽丝粗细为12mm)，网板的形状为圆形，每块网格状面积为2500mm2。采用氧-乙炔喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面3mm，喷雾电压32 V，电流180 A、氧气压力0.78 MPa，乙炔气体压力0.1 Mpa，喷枪距离网格200 mm，喷涂速度10mm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为500μπι。
[0033]本实施例制备得到的涂层成圆形分布，每个网格的面积为2500mm2，网格之间的距离为12mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为750HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到234Mpa，热震次数超过30次。去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为500μπι。
[0034]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的陶瓷基体表面的N1-Cr涂层，硬度为445HV，其粘结强度为103Mpa，热震次数不超过15次。
[0035]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0036]实施例4
本实施例以陶瓷为基体，在陶瓷基体上喷涂316L不锈钢涂层，具体方法为:将陶瓷基体表面进行粗化、清洁处理后，在陶瓷基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的钼材料，钼丝粗细为15mm)，网板的形状为蜂窝状，每块网格状面积为3500mm2。然后采用电弧喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面6mm，喷雾电压32 V，电流180 A和喷气压力
0.6 MPa，喷枪雾距离网格300 mm，喷涂速度10mm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为600μπι。
[0037]本实施例制备得到的涂层成蜂窝状分布，每个网格的面积为3500mm2，网格之间的距离为15mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为450HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到314Mpa，热震次数超过20次。去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为600μπι。
[0038]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的陶瓷基体表面的N1-Cr涂层，硬度为445HV，其粘结强度为113Mpa，热震次数不超过12次。
[0039]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0040]实施例5
本实施例以烤制而成的紫砂为基体，在紫砂基体表面喷涂316L不锈钢涂层，具体方法为:将紫砂基体表面进行粗化、清洁处理后，在紫砂基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的钼材料，钼丝粗细为8mm)，网板的形状为蜂窝状，每块网格状面积为900mm2。然后采用电弧喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面6mm，喷雾电压32 V，电流180A和喷气压力0.6 MPa，喷枪雾距离网格300 mm，喷涂速度lOmm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为600μηι。
[0041]本实施例制备得到的涂层成蜂窝状分布，每个网格的面积为900mm2，网格之间的距离为8mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为390HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到104Mpa，热震次数超过20次。去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为600μπι。
[0042]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的紫砂基体表面的316L不锈钢涂层，硬度为370HV，其粘结强度为70Mpa，热震次数不超过12次。
[0043]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0044]实施例6
本实施例以烤制而成的紫砂为基体，在紫砂基体表面喷涂N1-Al涂层，具体方法为:将紫砂基体表面进行粗化、清洁处理后，在紫砂基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的铬材料，铬丝粗细为12mm)，网板的形状为圆形状，每块圆形状面积为1500mm2。采用超音速火焰喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面4mm，喷雾电压34 V，电流190A、氧气压力0.70 MPa，丙烧气体压力0.1 Mpa，喷枪距离网格350 mm，喷涂速度10mm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为700μπι。
[0045]本实施例制备得到的涂层成圆形状分布，每个网格的面积为1500mm2，网格之间的距离为12mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为490HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到214Mpa，热震次数超过28次。去除网板后得到成圆形状分布的涂层，涂层厚度约为700μπι。
[0046]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的紫砂基体表面的N1-Al涂层，硬度为490HV，其粘结强度为134Mpa，热震次数不超过15次。
[0047]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0048]实施例7
本实施例以大理石为基体，在大理石基体表面喷涂316L不锈钢涂层，具体方法为:将大理石基体表面进行粗化、清洁处理后，在大理石基体的待喷涂表面罩上镂空的网板(材质为耐高温的钼材料，钼丝粗细为10mm)，网板的形状为蜂窝状，每块网格状面积为900mm2。然后采用电弧喷涂技术喷涂进行热喷涂，网格距离待喷涂表面6mm，喷雾电压32 V，电流180 A和喷气压力0.6 MPa，喷枪雾距离网格300 mm，喷涂速度lOmm/s，去除网板后得到成网格状分布的涂层，涂层厚度约为600μηι。
[0049]本实施例制备得到的涂层成蜂窝状分布，每个网格的面积为900mm2，网格之间的距离为8mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为387HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到104Mpa，热震次数超过25次。去除网板后得到成蜂窝状分布的涂层，涂层厚度约为600μπι。
[0050]和本实施例相比，不加网板，直接在基体上进行喷涂的制备得到的大理石基体表面的316L不锈钢涂层，硬度为369HV，其粘结强度为70Mpa，热震次数不超过12次。
[0051]从上面的实验结果可以看出加网格把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0052]实施例8
本实施例以铝合金为基体，先利用热喷涂技术制备800mm316L不锈钢涂层，再进行机械切割，把涂层按要求分割成面积为1500mm2正方形的涂层，切割缝的宽度为10mm。切割完成后，涂层厚度约为800mm。
[0053]本实施例制备得到的涂层成正方形分布，每个网格的面积为800mm2，网格之间的距离为10mm。采用显微硬度测试仪MC010-HVS-1000Z涂层进行硬度测试，其硬度为369HV。具体采用拉伸实验方法对涂层的粘结强度进行测试，粘结强度达到90Mpa，热震次数超过18次。
[0054]和本实施例相比，不加切割，直接在基体上进行喷涂的制备得到的铝合金基体表面的316L不锈钢涂层，硬度为360HV，其粘结强度为50Mpa，热震次数不超过9次。
[0055]从上面的实验结果可以看出加机械切割把涂层分割成小块，可以明显增加涂层的粘结性，小块的涂层更有利于使用过程中的内应力释放。
[0056]以上基体材料、涂层材料、热喷涂方法和形状举例只是本发明的部分运用举例，但是本发明不只限于该实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种释放采用热喷涂制备涂层的内应力的方法，其特征在于:采用物理方法使涂层成网格状分布。2.根据权利要求1所述的释放热喷涂制备涂层内应力的方法，其特征在于:所述网格为任意形状。3.根据权利要求1或2所述的释放热喷涂制备涂层内应力的方法，其特征在于:将各个网格分隔开的凹槽宽度为0.1mm?10mm。4.根据权利要求1或2所述的释放热喷涂制备涂层内应力的方法，其特征在于:涂层被分割后的每一小块涂层的面积为0.0lmm2?10000mm2。5.根据权利要求1或2所述的释放热喷涂制备涂层内应力的方法，其特征在于:所述物理方法为将基体表面进行粗化、清洁处理后，在基体的待喷涂表面罩上或贴上镂空的网板，然后进行热喷涂，去除网板后得到成网格状分布的涂层。6.根据权利要求1或2所述的释放热喷涂制备涂层内应力的方法，其特征在于:所述物理方法为将喷涂完成的涂层进行机械切割分割成网格状。
【文档编号】C23C4/18GK105821366SQ201610257986
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】宋鹏, 李乔磊, 罗恒, 彭俊铭
【申请人】昆明理工大学