一种在轴类零件上涂覆无机铝涂层的方法与流程

本发明属于工程零件的涂覆加工技术领域，特别涉及一种在轴类零件上涂覆无机铝涂层的方法。

背景技术：

鉴于许多工程零部件的破坏是表面损伤导致的，如耐氧化、耐腐蚀的工程零件通常都是因表面失效而报废。因此，材料工作者把注意力从零件整体强化转向零件表面强化，通过在工程零件表面涂覆一层具有耐高温氧化腐蚀性能、耐电化学腐蚀性能的材料，使产品寿命得到大幅度提高并降低生产成本。

无机铝涂层是一种耐高温氧化腐蚀、耐电化学腐蚀的材料，已在发动机的零、部件上应用。但研究表明，无机铝涂层在制备过程中极易产生鼓包、起泡等缺陷，从而降低零件的耐腐蚀性能和绝缘效果，尤其是对于发动机的动力轴、燃气轮机的动力涡轮轴等大型燃气机轴类零件，无机铝涂层的粗糙度、厚度均匀性极难控制，电导率、耐腐蚀性难于达到要求。因此，如何使燃气机轴类零件上涂覆的无机铝涂层在厚度均匀性、粗糙度、电导率、耐腐蚀性等方面符合要求，是工业生产急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在轴类零件上涂覆无机铝涂层的方法，该方法能使燃气机轴类零件上涂覆的无机铝涂层的厚度均匀性、粗糙度、电导率和耐腐蚀性均符合行业要求，以满足工业生产的需要。

本发明所述在轴类零件上涂覆无机铝涂层的方法，步骤依次如下：

(1)待涂覆轴类零件的清洁

将待涂覆轴类零件用丙酮清洗干净并自然干燥，再将干燥后的待涂覆轴类零件加热除油；

(2)需涂覆部位表面的粗糙化处理

将经步骤(1)清洁后的待涂覆轴类零件的需涂覆区域表面用刚玉砂以吹砂的方式进行粗糙化，并用压缩空气吹干净粗糙化了的需涂覆区域表面的残留砂粒；

(3)无机铝的涂覆

涂覆场所的温度控制在15℃～30℃、相对湿度控制在45％～75％、粒径≥5μm的空气颗粒控制在不大于30000颗/m³，操作人员必须穿戴喷涂工作服，并经风淋净化后进入涂覆场所；

将无机铝涂料搅拌至少4小时并经320目或大于320目的筛网过滤后装入喷枪的料罐中，所述喷枪的口径为0.8mm或1.0mm；

将经步骤(2)粗糙化处理后的待涂覆轴类零件放置在工作台上，以压力为0.35Mpa～0.45Mpa的氮气作为涂覆气体，采用手动方式转动零件和对需涂覆区域进行涂覆操作，涂覆时喷枪喷嘴距需涂覆面的距离为220mm～280mm，涂覆角度为45°～90°，涂覆的次数至少为两次，每完成一次涂覆后，将轴类零件上的涂层自然干燥至呈现灰色后再进行下一次涂覆；

(4)无机铝涂层的固化

涂覆完成后，将轴类零件上的涂层自然干燥至少20分钟，然后放入炉中在常压下以5℃/min～8℃/min的速度加热至74℃～86℃保温30min～40min，再以5℃/min～15℃/min的速度加热至310℃～340℃保温30min～40min，保温结束后，出炉在空气中冷却至室温即完成无机铝涂层的固化；

(5)固化后无机铝涂层的吹砂处理

对轴类零件上固化后的无机铝涂层用280目刚玉砂进行喷砂处理，使无机铝涂层具有导电性。

本发明所述方法，步骤(1)中加热除油的操作是：将干燥后的待涂覆轴类零件加热至325℃～355℃保温30min～60min，然后在空气中冷却至室温。

本发明所述方法，步骤(3)中所使用的喷枪优选型号为LPH-50的喷枪。

本发明所述方法，步骤(2)粗糙化处理所用刚玉砂为180目～240目的刚玉砂。

本发明所述方法与现有技术相比，具有以下有益技术效果：

1、采用本发明所述方法在大型轴类零件(长度大于2m)表面涂覆无机铝涂层，涂层厚度可控制在0.026mm～0.075mm，且厚度分布均匀，经检测，涂层电导率小于5ohms/inch，粗糙度≤0.63μm，涂层耐受1000小时盐雾腐蚀无锈蚀，达到了燃气机轴类件零件无机铝涂层的行业标准要求。

2、本发明所述方法所需的配套设备(喷枪、工作台)为常规设备，因而便于普及推广。

3、本发明所述方法不仅适用于大型轴类零件无机铝涂层的涂覆，也适用于小型轴类零件无机铝涂层的涂覆，并且对其它复杂型面和大、小型零件无机铝涂层的涂覆具有参考价值。

附图说明

图1是使用本发明所述方法对大型轴类零件涂覆无机铝涂层的示意图；

图2是图1的左视图。

图中，1-轴类零件需涂覆区域、2-轴类零件的台阶、3-工装、4-喷枪。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述在轴类零件上涂覆无机铝涂层的方法作进一步说明。

下述各实施例中，无机铝涂料和所使用的喷枪均通过市场购买，无机铝涂料的型号为ALseal 5K，所使用喷枪的型号为LPH-50。

下述各实施例中，支承待涂覆轴类零件的工装如图1、图2所示，所述工装的工作台上安装有滚轮，以便于涂覆操作者在涂覆过程中采用手动的方式转动轴类零件。

实施例1

本实施例中，待涂覆轴的形状如图1所示，轴的总长度为2.6m，需涂覆区域最大直径为504mm，材料为碳钢。在轴上涂覆无机铝涂层的步骤依次如下：

(1)待涂覆轴的清洁

将待涂覆轴用丙酮清洗干净并自然干燥(晾干)，再将晾干后的待涂覆轴放入烘干炉中加热至325℃保温60min除油，保温时间到达后，将待涂覆轴从烘干炉中取出，在空气中冷却至室温；

(2)需涂覆部位表面的粗糙化处理

将经步骤(1)清洁后的待涂覆轴的需涂覆区域表面用180目的刚玉砂以吹砂的方式进行粗糙化，并用压缩空气吹干净粗糙化了的需涂覆区域表面的残留砂粒；

(3)无机铝的涂覆

涂覆场所的温度控制在15℃、相对湿度控制在45％、粒径≥5μm的空气颗粒控制在15348颗/平方米，操作人员必须穿戴喷涂工作服，并在风淋室经风淋净化后进入涂覆场所；

将无机铝涂料搅拌5小时并经320目的筛网过滤后装入喷枪的料罐中，所述喷枪的口径为0.8mm；

将经步骤(2)粗糙化处理后的待涂覆轴放置在工作台上，放置方式如图1和图2所示，以纯度大于98％、压力为0.35Mpa的氮气作为涂覆气体，采用手动方式转动零件和对需涂覆区域进行涂覆操作，涂覆时喷枪喷嘴距需涂覆面的距离为220mm，涂覆过程中保持喷枪与涂覆表面的角度为45°～90°，涂覆的次数为两次，每完成一次涂覆后，将轴上的涂层自然干燥(晾)至呈现灰色后再进行下一次涂覆；

(4)无机铝涂层的固化

涂覆完成后，将轴上的涂层自然干燥(晾)20分钟，然后放入烘干炉中在常压下以6℃/min的速度加热至80℃保温35min，再以5℃/min的速度加热至310℃保温40min，保温结束后，出炉在空气中冷却至室温即完成无机铝涂层的固化；

(5)固化后无机铝涂层的吹砂处理

对轴上固化后的无机铝涂层用280目刚玉砂进行喷砂处理，使无机铝涂层具有导电性。

经检测，本实施例所涂覆的无机铝涂层厚度均匀，涂层总厚度达到0.05mm～0.07mm，电阻率为0.2Ohms/inch～0.5Ohms/inch，粗糙度为0.62μm；经过1000小时盐雾试验，未产生锈蚀。

实施例2

本实施例中，待涂覆轴的形状如图1所示，轴的材料、总长度和需涂覆区域最大直径均与实施例1相同。在轴上涂覆无机铝涂层的步骤依次如下：

(1)待涂覆轴的清洁

将待涂覆轴用丙酮清洗干净并自然干燥(晾干)，再将晾干后的待涂覆轴放入烘干炉中加热至340℃保温45min除油，保温时间到达后，将待涂覆轴从烘干炉中取出，在空气中冷却至室温；

(2)需涂覆部位表面的粗糙化处理

将经步骤(1)清洁后的待涂覆轴的需涂覆区域表面用220目的刚玉砂以吹砂的方式进行粗糙化，并用压缩空气吹干净粗糙化了的需涂覆区域表面的残留砂粒；

(3)无机铝的涂覆

涂覆场所的温度控制在22℃、相对湿度控制在60％、粒径≥5μm的空气颗粒控制在22253颗/平方米，操作人员必须穿戴喷涂工作服，并在风淋室经风淋净化后进入涂覆场所；

将无机铝涂料搅拌8小时并经320目的筛网过滤后装入喷枪的料罐中，所述喷枪的口径为1.0mm；

将经步骤(2)粗糙化处理后的待涂覆轴放置在工作台上，放置方式如图1和图2所示，以纯度大于98％、压力为0.40Mpa的氮气作为涂覆气体，采用手动方式转动零件和对需涂覆区域进行涂覆操作，涂覆时喷枪喷嘴距需涂覆面的距离为250mm，涂覆过程中保持喷枪与涂覆表面的角度为45°～90°，涂覆的次数为两次，每完成一次涂覆后，将轴上的涂层自然干燥(晾)至呈现灰色后再进行下一次涂覆；

(4)无机铝涂层的固化

涂覆完成后，将轴上的涂层自然干燥(晾)25分钟，然后放入烘干炉中在常压下以5℃/min的速度加热至86℃保温30min，再以10℃/min的速度加热至325℃保温35min，保温结束后，出炉在空气中冷却至室温即完成无机铝涂层的固化；

(5)固化后无机铝涂层的吹砂处理

对轴上固化后的无机铝涂层用280目刚玉砂进行喷砂处理，使无机铝涂层具有导电性。

经检测，本实施例所涂覆的无机铝涂层厚度均匀，涂层总厚度达到0.05mm～0.07mm，电阻率为0.5Ohms/inch～2.0Ohms/inch，粗糙度为0.56μm；经过1000小时盐雾试验，未产生锈蚀。

实施例3

本实施例中，待涂覆轴的形状如图1所示，轴的材料、总长度和需涂覆区域最大直径均与实施例1相同。在轴上涂覆无机铝涂层的步骤依次如下：

(1)待涂覆轴的清洁

将待涂覆轴用丙酮清洗干净并自然干燥(晾干)，再将晾干后的待涂覆轴放入烘干炉中加热至355℃保温30min除油，保温时间到达后，将待涂覆轴从烘干炉中取出，在空气中冷却至室温；(2)需涂覆部位表面的粗糙化处理

将经步骤(1)清洁后的待涂覆轴的需涂覆区域表面用240目的刚玉砂以吹砂的方式进行粗糙化，并用压缩空气吹干净粗糙化了的需涂覆区域表面的残留砂粒；

(3)无机铝的涂覆

涂覆场所的温度控制在30℃、相对湿度控制在75％、粒径≥5μm的空气颗粒控制在29561颗/平方米，操作人员必须穿戴喷涂工作服，并在风淋室经风淋净化后进入涂覆场所；

将无机铝涂料搅拌5小时并经400目的筛网过滤后装入喷枪的料罐中，所述喷枪的口径为1.0mm；

将经步骤(2)粗糙化处理后的待涂覆轴放置在工作台上，放置方式如图1和图2所示，以纯度大于98％、压力为0.45Mpa的氮气作为涂覆气体，采用手动方式转动零件和对需涂覆区域进行涂覆操作，涂覆时喷枪喷嘴距需涂覆面的距离为280mm，涂覆过程中保持喷枪与涂覆表面的角度为45°～90°，涂覆的次数为两次，每完成一次涂覆后，将轴上的涂层自然干燥(晾)至呈现灰色后再进行下一次涂覆；

(4)无机铝涂层的固化

涂覆完成后，将轴上的涂层自然干燥(晾)30分钟，然后放入烘干炉中在常压下以8℃/min的速度加热至74℃保温40min，再以15℃/min的速度加热至340℃保温30min，保温结束后，出炉在空气中冷却至室温即完成无机铝涂层的固化；

(5)固化后无机铝涂层的吹砂处理

对轴上固化后的无机铝涂层用280目刚玉砂进行喷砂处理，使无机铝涂层具有导电性。

经检测，本实施例所涂覆的无机铝涂层厚度均匀，涂层总厚度达到0.05mm～0.07mm，电阻率为0.6Ohms/inch～2.7Ohms/inch，粗糙度为0.58μm；经过1000小时盐雾试验，未产生锈蚀。