专利名称：一种耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆及其制备方法
技术领域：
本发明属于超声波技术领域，尤其是涉及一种适合在铝液中使用的耐高温，耐腐蚀的超声变幅杆。
背景技术：
超声变幅杆的主要作用是聚能作用，还可以作为机械阻抗变换器，在换能器和声负载之间进行阻抗匹配，使超声能量更有效地从换能器向负载传输。超声波在铝液中传播时，可以通过空化效应改善铝液组织，细化晶粒，提高铝液的力学性能和耐磨性能。但是铝液相当于一种强烈的金属腐蚀剂，对变幅杆的腐蚀速度很快。传统的超声变幅杆往往由于铝液的腐蚀、高温磨损、热疲劳、氧化等的共同作用，出现大小不等的腐蚀孔，随着腐蚀孔不断扩大、扩张，变幅杆脱皮、断裂，导致铝液污染，变幅杆的振动频率发生偏移，发射效率下降，使用寿命大大降低。要解决超声变幅杆在铝液中腐蚀的现象，通常认为，若用一般的耐高温腐蚀材料是行不通的，因为超声变幅杆要做到高频小振幅振动，振动加速度极大，而且由于保护材料一般质量比较大，在很大的振动加速度条件下，剥离力就会轻易地超过结合强度，导致保护材料很快脱落，所以涂层不应该过厚。但是从提高硬度和耐腐蚀的角度看，涂层太薄极易被刺穿，太薄很快会失效。因此适宜的厚度很重要。而采用等离子喷涂Al2O3和TiO2的混合物能解决这一难题。
等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。它具有以下优势①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③使用惰性气体作为工作气体，使喷涂材料不易氧化。因此在生活中有广泛的应用，目前已被应用在航空航天，冶金，机械，生物等领域。Al2O3资源丰富，价格低廉，且其硬度高，摩擦系数低，化学稳定性好，有着良好的耐磨损性能，在100(TC以下不为铝液所浸润，其耐铝液腐蚀性能十分优异。但其韧性不足，在Al2O3中加入适量的TiO2，其涂层韧性可得到明显的改善，耐磨损和耐冲击性能优于纯氧化铝涂层，适于腐蚀环境下，存在重负荷磨损的情况。
发明内容
本发明克服现有技术中的缺陷，解决了原有的超声变幅杆在铝液中会受到快速腐蚀，导致振动频率偏移，发射效率下降，使用寿命很短的技术问题，提供一种能够在铝液中不会受到腐蚀，确保振动频率稳定，提高发射效率，延长使用寿命的超声变幅杆。本发明耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆，包括基体，基体表面依次有粘结层和复合陶瓷涂层；所述复合陶瓷涂层为A1203+Ti02，其中Ti02重量比例为10°/Γ25%。所述粘结层选用金属粉末选用Ni-17Cr-6Al，颗粒尺寸为200-300目，粘结层厚度为O. 5_lmm。本发明所述的超声变幅杆，所述的基体由30号碳钢为材料。
本发明耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆的制备方法，是在变幅杆基体表面先用等离子喷涂粘结层，然后再喷涂复合陶瓷涂层；所述复合陶瓷涂层材料为A1203+Ti02，其中Τ 02重量比例为10% 25%。其步骤如下
(1)30号碳钢进行热处理，并在车床上加工成阶梯型变幅杆。(2)将试样放入浓度为5(T70g/L的NaOH溶液中浸泡30分钟，对试样除油，清洗干燥。(3)用5 95目的混合砂对试样进行喷涂处理，使其表面粗糙。(4)依次用水和丙酮清洗基体并干燥，保持试样表面清洁。(5)用等离子焰流对基体进行预热，再进行等离子喷涂Ni-17Cr_6Al粉末，厚度为
O.5 I mm η(6)等离子喷涂Al2O3与TiO2的混合粉末，每次喷涂的厚度不超过200um，完成后进行涂层冷却，喷涂的陶瓷总厚度为2飞mm。采用等离子喷涂技术，促使涂层的组织结构发生变化，提高了涂层的结合强度，改善了涂层的致密性，从而有效地提高了涂层的耐铝液腐蚀性。该变幅杆对整个超声系统性能的影响也在可控制和可接受的范围内，是可靠安全的，完全可以用在超声波振动系统。喷砂所采用粒度为5 95目的混合砂，不同的矿砂在表面留下的痕迹不同，小颗粒砂粒所获得的动能和冲击力小，能获得浅而密的凹凸表面，大颗粒砂粒可获得深而间隙大的凹凸表面，两种不同粒度的砂粒混合使用，粗化表面的效果更佳。且等离子喷涂中所使用的粘结剂为Ni-17Cr-6Al粉末，该粉末与30号碳钢和Al2O3和TiO2的混合物之间具有良好的浸润性，能改善喷涂效果。变幅杆采用阶梯形，其余各部分尺寸按照变幅杆纵向振动的波动方程连续的边界条件，在一定的谐振频率下得出。变幅杆本体的横截面可以为圆形，方形，或多边形，在空间受限制的条件下，也可以为任意形状。与钛合金所做的超声变幅杆相比，30号碳钢价格便宜，具有优良的性能，制造工艺简单，便于进行大批量生产。综上所述，本发明中喷涂的涂层能明显增强超声变幅杆耐高温，耐腐蚀的性能，且等离子喷涂技术明显改善了喷涂的效果，使超声变幅杆性能更好。此工艺技术操作简单，用材价格便宜，适合工业生产。
具体实施例方式
I.配置Ni-Cr-Al合金粉100g，其中Al粉重量为6g，Cr粉重量为17g，Ni粉余量，粒度为200目ο2.配置Al2O3与TiO2的混合物，粒度为250目，其中TiO2的质量百分含量为15%，Al2O3的含量为85%。3. 30号碳钢经过调质处理，在车床上加工成阶梯型。4.将试样放入浓度为60g/L的NaOH溶液中浸泡30分钟，以去除基体表面因磨削加工后残留的油污以及其他污染物。5.经清洗干燥后，用80目的混合砂进行喷砂处理。6.依次用水和丙酮清洗基体并干燥，保持试样表面清洁。
7.用等离子焰流对基体进行预热，再进行等离子喷涂Ni-17Cr_6Al，厚度为O. 7mm,等离子喷涂Ni-17Cr-6Al的工艺参数为电压60V，电流500A，工作气流量为2400L/h，送粉器流量50L/h，喷涂距离100mm。8.然后喷涂Al2O3与TiO2的混合粉，每次喷涂的厚度不超过200um，完成后进行涂层冷却，喷涂总厚度为3mm。等离子喷涂Al2O3与TiO2的混合物的工艺参数为电压90V，电流600A，工作气流量2400L/h，送粉器流量70L/h，喷涂距离100mm。使用该变幅杆在15K，20K, 25K, 30K, 35K等超声波系统中做了一系列大功率超声波实验，结果证明该变幅杆表层未见明显铝液腐蚀痕迹，变幅杆实验前后质量变化均未超过±10g ;耐高温铝液腐蚀性能明显提高，本超声变幅杆耐铝液腐蚀的防护方法是有效的。
权利要求
1.一种耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆，包括基体，其特征在于，基体表面依次有粘结层和复合陶瓷涂层；所述复合陶瓷涂层为A1203+Ti02，其中Ti02重量比例为10°/Γ25%。
2.根据权利要求I所述的耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆，其特征在于，所述粘结层选用金属粉末选用Ni-17Cr-6Al，颗粒尺寸为200-300目，粘结层厚度为O. 5_lmm。
3.根据权利要求一所述的超声变幅杆，其特征在于，所述的基体由30号碳钢为材料。
4.一种制备权利要求I所述耐高温铝液腐蚀的超声变幅杆的方法，其特征在于在变幅杆基体表面先用等离子喷涂粘结层，然后再喷涂复合陶瓷涂层；所述复合陶瓷涂层材料为A1203+Ti02，其中Ti02重量比例为10% 25%。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤如下(1)30号碳钢进行热处理，并在车床上加工成阶梯型变幅杆；(2)将试样放入浓度为5(T70g/L的NaOH溶液中浸泡30分钟，对试样除油，清洗干燥；(3)用5 95目的混合砂对试样进行喷砂处理，使其表面粗糙；(4)依次用水和丙酮清洗基体并干燥，保持试样表面清洁；(5)用等离子焰流对基体进行预热，再进行等离子喷涂Ni-17Cr-6Al粉末，厚度为.O.5 I mm ；(6)等离子喷涂Al2O3与TiO2的混合粉末，每次喷涂的厚度不超过200um，完成后进行涂层冷却，喷涂的陶瓷总厚度为2飞mm。
全文摘要
本发明的目的是提供一种耐铝液腐蚀的阶梯形超声变幅杆，该变幅杆材质为30号碳钢，热处理调质后，采用等离子喷涂的方法将变幅杆外表面包裹Al2O3与TiO2的复合陶瓷涂层，其中TiO2的比例为10%~25%，涂层的厚度为2~6mm。与传统变幅杆相比，本发明提供的变幅杆表现出极好的化学稳定性和抗腐蚀性，并且通过添加TiO2颗粒解决了Al2O3陶瓷层本身较脆，易碎的实际问题，确保超声波变幅杆的震动频率稳定，不偏移，提高发射效率，同时也延长了它的使用寿命。此变幅杆不需要采用昂贵的钛合金材料，采用相对低廉的碳钢，有效地降低成本，具有良好的经济效益。
文档编号B32B15/04GK102935742SQ20121046758
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者焦雷, 赵玉涛, 李惠, 尚华, 张忠忠, 夏天福 申请人:江苏大学