专利名称：一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法
技术领域：
本发明一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法，属热喷涂领域，具 体涉及金属丝材电弧喷涂方法。背景4支术电弧喷涂是80年代末、90年代初发展起来的一种热喷涂工艺方法。 电弧喷涂的突出特点是使用清洁的电能，且能效高，对环境无污染，喷涂效率高，喷涂材料利用率高，工艺可控制性好，梯:作简单。电弧喷涂方法是采用两个相同半径的送丝轮，在相同转速条件下，连 续输送两根相同的导电金属丝材，当两根金属丝材接触时，在电阻热和短 路电流共同作用下将金属丝融化，同时在喷嘴喷出的雾化气流的作用下， 被喷涂到基体上，从而形成由同种金属丝材组成的电弧喷涂层。但是，如果在上述两个相同半径的送丝轮和相同转速条件下，输送具 有不同熔点和功能特性的两根异种金属丝材，由于两种金属丝材的熔点不 相同，则熔化速度必然不相同，高熔点金属丝熔化速度慢，低熔点的金属 丝熔化速度快，导致起弧不稳定，电弧喷涂装置会有放炮、断弧现象，所 以不能正常进行喷涂工作，不能满足实际工业生产的需要。如上所述，由于目前电弧喷涂只能采用两根同种金属的丝材进行喷涂， 所以只能获得单一的同种金属的喷涂层。例如采用两根铝丝材，电弧喷涂 制备金属铝涂层，采用两根锌丝材，电弧喷涂制M属锌涂层。因此，电 弧喷涂方法在工业应用中受到很大局限，特别是随着工业和技术的发展， 在机械工程和表面工程领域，对产品的品种和品质的要求日益提高，例如， 当电弧喷涂单一的锌涂层或单一的铝涂层，不能满足工业应用，需要用电 孤喷涂方法制备锌和铝这两种不同金属的功能性锌铝合金涂层时，按目 前的电弧喷涂方法，必须首先按要求的锌/铝合金成份配比制作锌铝合金， 再将锌铝合金拉拔成一定直径的锌铝合金丝材，然后采用两根相同的锌铝合金丝材进行电弧喷涂，才能获得锌铝合金电弧喷涂涂层。但是并非任意的锌/铝比例的锌铝合金都能拉拔成性能良好适于电弧喷涂的锌铝合金丝材， 即使通过调整锌/铝比例，获得了性能良好适于电弧喷涂的锌铝合金丝材， 但是，所获得的这种性能良好适于电弧喷涂的锌铝合金丝材的合金成分， 却未必一定能满足功能性涂层成分的需要。因此，电弧喷涂面临着提供综 合性能更好的异种金属功能性涂层的挑战。例如，要求用电弧喷涂提供既 具有良好耐磨性又具有良好减摩性的涂层，或者提供既具有耐磨性又具有 耐腐蚀和抗高温氧化性的涂层等。面临如此挑战，现有的电弧喷涂方法则 不能解决上述问题。无疑，这个问题成为当前采用电弧喷涂方法制备异种 金属功能性涂层的最大障碍。因而也就使这样一种低能耗、高工效的电弧 喷涂方法在机械工程、表面工程等领域的广阔应用受到很大的局限。为此， 必须改变电弧喷涂方法只能采用同种金属丝材，喷涂制备单一金属涂层的 现状，必须必须对电弧喷涂方法进行创新设计，以满足多元化市场的需求。发明内容本发明的目的是提供 一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法，解 决目前电弧喷涂方法只能进行同种金属丝材喷涂，制备单一涂层的问题， 从而满足表面工程领域对多元化功能性电弧喷涂层的需求。本发明的目的是通过如下技术方案实现的本发明一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法，是在设定的送丝轮 送丝转速前提下，根据两个送丝轮所输送的两种金属丝材的熔点温度值的 差别，控制电弧喷涂装置所配置的两个送丝轮的不同半径比，采用相对较 大半径的送丝轮输送相对较低熔点金属丝材，采用相对较小半径的送丝轮 输送相对较高熔点金属丝材，即分别控制该两个不同半径送丝轮送入起弧 放电区的两种金属丝的输送速度，从而确保两种不同熔点的金属丝材在弧 区稳定起弧放电和电弧喷涂装置连续正常运行，获得为满足工业生产实际 需求而设定的功能性电弧喷涂涂层。实现本发明制备异种金属涂层方法的电弧喷涂装置，包括电源电缆， 正、负电极，雾化气流喷管、喷嘴，金属丝送丝机构，两个送丝轮，其特 点是控制两个送丝轮之送丝轮l和送丝轮2的半径比为1: l一l: 5,以控制由送丝轮1和送丝轮2分别输送的相对高熔点全属丝3和相对低熔点佥 属丝4进入弧区的速度，保证该两种金属丝在起弧区起弧的稳定性，从而 获得按设定需要的异种金属功能性电弧喷涂涂层，当所输送的两种金属的 熔点温度值相差200°C - 80(TC时，控制该两轮半径比为1: 1. 1—2;当所输 送的两种金属的熔点温度值相差80(TC以上一1500。C以下时，控制该两轮 的半径比为1:2—3;当所输送的两种金属的熔点温度值相差150(TC以上 时，控制该两轮的半径比为1: 3—5。本发明用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法的突出技术进步性在于 解决了目前电弧喷涂只能采用同种单金属丝材喷涂制备单一金属涂层，以 及只能用同种合金丝材喷涂制备合金涂层的问题，可以直接采用异种单金 属丝材电弧喷涂制备合金或假合金涂层，突破了制约电弧喷涂方法制备特 殊功能性合金或假合金涂层发展的关健性难题，为电弧喷涂在表面工程， 机械工程等领域更广泛的实施应用，提供了切实可行的方法。
图1本发明喷涂装置结构示意图具体实施方式
现结合附图进一步说明本发明是如何实施的实现本发明方法所采用的电弧喷涂装置，是按设定需要，控制两个送 丝轮之送丝轮1和送丝轮2的半径比为1: 1 — 1: 5,以控制由送丝轮l和 送丝轮2分别输送的相对高熔点金属丝3和相对低熔点金属丝4进入弧区 的速度，保证该两种金属丝在起弧区起弧的稳定性和本电弧喷涂装置连续 正常运行，从而获得为满足工业生产实际需求而设定的功能性电弧喷涂涂 层。实施例1电弧喷涂铁-铜涂层铁-铜涂层是一种既耐磨又减磨的涂层，为了得到这种涂层，目前 可以采用电镀、离子溅射等方法制备。但是这些方法涂层沉积效率低、 成本高，我们采用本发明方法电弧喷涂制备铁-铜涂层，其工艺简单，成 本低，并且节能环保。铁的熔点为1500。C，铜的熔点109(TC,两种金属都属于高熔点材料，二者熔点相差500°C,将铁、铜的送丝轮的半径比 调整为1. 0: 1. 1,即铜丝材的送丝速度是铁丝材的送丝速度的1. 1倍，如 此实施，喷涂过程稳定.获得含铜55.7%,含铁44. 3%铁-铜涂层。 实施例2 电弧喷涂锌-铝涂层用本方法电《瓜喷涂《辛-铝涂层，4辛的熔点429。C，铝的熔点660°C, 锌、铝均属于低熔点金属，二者的熔点相差不到30(TC，为此，采用送 丝轮的半径比为1:1.1，金属锌丝材的送丝轮半径略大于金属铝丝材的 送丝轮半径，电弧装置连续正常运行，所得到的锌-铝涂层，其铝含量为 27.4%，锌的含量为72.6%。该涂层通过了 2000小时的盐雾实验，比 单一锌涂层、单一铝涂层的防腐性能更好，现已成功应用在防腐工程中。实施例3 电弧喷涂铝-铁涂层电弧喷涂铝-铁涂层，主要是用于制备耐磨磁热功能涂层。铝的熔 点为429。C，铁的熔点为1500°C,铝和铁的熔点相差超过了 IOO(TC, 为此，实施电弧喷涂时，将铝、铁送丝轮的半径比调整为为3: 1，也 就是控制铝丝的送丝速度是铁丝的送丝速度的3倍，电弧装置连续正 常运行，获得了含铝50. 9%、含铁49. 1%的铝一铁涂层，为工业生 产提供了一种所需要的耐磨喷涂层。实施例4 电弧喷涂锡-鴒涂层电弧喷涂锡-钨涂层，主要是用于制备磁热高温自封闭涂层。锡的 熔点为232。C，鴒的熔点为3500°C，锡和鴒的熔点相差超过了 3000°C, 为此，实施电弧喷涂时，将锡、鴒送丝轮的半径比调整为为5: 1,也就 是控制锡丝的送丝速度是鴒丝的送丝速度的5倍，电弧装置连续正常 运行，为工业生产提供了一种高温自封闭喷涂层。获得了含锡59.9%、 含鴒40. 1%的铝一铁涂层。
权利要求
1、一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法，是在设定的送丝轮送丝转速前提下，根据两个送丝轮所输送的两种金属丝材的熔点温度值的差别，控制电弧喷涂装置所配置的两个送丝轮的不同半径比，采用相对较大半径的送丝轮输送相对较低熔点金属丝材，采用相对较小半径的送丝轮输送相对较高熔点金属丝材，即分别控制该两个不同半径送丝轮送入起弧放电区的两种金属丝的输送速度，从而确保两种不同熔点的金属丝材在弧区稳定起弧放电和电弧喷涂装置连续正常运行，获得为满足工业生产实际需求而设定的功能性电弧喷涂涂层。
2、 根据权利要求1的制备异种金属涂层方法的电弧喷涂装置，包括电 源电缆，正、负电极，雾化气流喷管、喷嘴，金属丝送丝机构和两个送丝 轮，其特征是控制两个送丝轮之送丝轮(1)和送丝轮(2 )的半径比为1: 1 — 1: 5,以控制由送丝轮(1)和送丝轮(2)分别输送的相对高熔点金属 丝(3)和相对低熔点金属丝(4)进入弧区的速度，保证该两种金属丝在 起弧区起弧的稳定性和电弧喷涂装置连续正常运行，从而获得按设定需要 的异种金属功能性电弧喷涂涂层，
3、 根据权利要求2的制备异种金属涂层方法的电弧喷涂装置，其特征 在于所述的控制送丝轮(1)和送丝轮(2)的半径比为1: l一l: 5,当所 输送的两种金属的熔点温度值相差200°C - 80(TC时，控制该两轮半径比为 1: 1. l一2。
4、 根据权利要求2的制备异种金属涂层方法的电弧喷涂装置，其特征 在于所述的控制送丝轮(1 )和送丝轮(2)半径比为1: 1 — 1: 5,当所输 送的两种金属的熔点温度值相差 80(TC以上一150(TC以下时，控制该两轮 的半径比为1: 2 — 3。
5、 根据权利要求2的制备异种金属涂层方法的电弧喷涂装置，其特征 在于所述的控制送丝轮(1)和送丝轮(2)的半径比为1: l一l: 5，当所 输送的两种金属的熔点温度值相差150(TC以上时，控制该两轮半径比为1: 3—5。
全文摘要
本发明一种用电弧喷涂制备异种金属涂层的方法，属金属热喷涂领域，本方法根据两个送丝轮所输送的金属丝材的熔点温度值的差别，控制两个送丝轮的半径比为1∶1-1∶5，采用相对较大半径的送丝轮输送相对较低熔点金属丝材，采用相对较小半径的送丝轮输送相对较高熔点金属丝材，确保两种不同熔点金属丝材稳定起弧放电和电弧喷涂装置连续正常运行，从而获得为满足工业生产实际需求而设定的功能性电弧喷涂涂层，本发明突出优点在于可直接采用异种单金属丝材电弧喷涂制备合金或假合金涂层，突破了制约电弧喷涂法制备特殊功能性合金或假合金涂层发展的关键性难题，为电弧喷涂在表面工程，机械工程等领域更广泛的应用，提供了切实可行的方法。
文档编号C23C4/06GK101250683SQ20081004687
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月3日 优先权日2008年2月3日
发明者张海成, 朋 李, 李秉忠, 董志红 申请人:武汉材料保护研究所