一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法与流程

本发明属于热喷涂成型领域，涉及一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法。

背景技术：
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陶瓷刮刀是生产涂布纸张和涂布面板最为核心的部件，附加值很高，刮刀在工作过程中受到纸面和涂料的摩擦，造成磨损，传统的钢刮刀使用寿命只有3-5h，这不仅造成了材料的浪费，换刀过程及换刀后磨合过程也影响了涂布生产效率。为了获得良好的涂布效果，刮刀还必须要具有良好的弹性，采用比传统的刮刀钢带更耐磨的材料可以有效提高刮刀的使用寿命，但是通过在刮刀边缘贴耐磨条、电镀硬铬等方法难以同时解决提高耐磨性和保持刮刀弹性之间的矛盾。

等离子喷涂是一种高效的耐磨涂层制备方法，但是由于基体钢带非常薄，喷涂过程会引起刮刀的严重变形，而刮刀对刃口的直线度和精度要求很高。对于此类薄壁零件来说，喷涂时基体和涂层的热不匹配导致的应变会造成变形。一般情况下，升高基体温度有利于涂层质量，但热应力也会随之增大。所以如何保证高质量涂层同时又具有较小的残余应变是问题的关键。

对于如何控制等离子喷涂薄板中的应变问题，很多学者提出了一些方法，但都有不同程度的缺陷。朱丽萍、王艳丽等人通过优化喷涂参数和工艺条件来减缓涂层的残余应变，但是很难同时实现高质量涂层制备与低应变的目标。利用张宏发明的无变形喷涂装置以及张家勤，方开忠等人发明的连续喷涂工装进行喷涂，都有较大的热应变，原因是没有保证基体紧紧贴附在热沉体上导致热不匹配应变较大。孙宏飞，王灿明等制作了专门的装夹具，虽然通过调节顶紧螺栓来夹紧刮刀，但是依然会有很大的热应变。这些发明在一定程度上缓解了热应变，但是未从根本上解决高质量涂层与低热应变二者之间的矛盾。

技术实现要素：
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本发明旨在提出一种比较可靠的适用于薄壁刮刀上的陶瓷复合涂层制备方法，旨在保证涂层质量的前提下降低涂层内应力，制备出无变形的涂层。

为解决上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

1，一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法，基体冷却系统包括：基体背面的冷却系统、热沉体以及基体表面的冷却气系统，能够保证等离子喷涂过程中基体(非等离子喷枪正对部位)保持在15℃到30℃之间的温度。

2，一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法，基体固定系统包括：利用非刚性强拘束带使得基体以面接触方式贴附在热沉体上，使得基体喷涂过程中不发生移动和变形。

3，一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法及材料，喷涂方式包括：等离子喷涂过程中的送粉方式为横向(沿着喷枪移动方向)送粉和喷枪运行轨迹为单向。利用喷枪焰流略微靠前给基体预热，而随后利用冷却系统和强拘束带将试样不匹配应变将至尽可能小。这样既能够保证高质量涂层又能够保证低应变。

4，一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法，涂层成分和结构包括：采用等离子喷涂方法先喷涂一层厚度为20-50μm的金属打底涂层，再喷涂一层厚度为150-250μm的陶瓷涂层；制备材料包括Mo、NiAl、NiCr等粒径为15-45μm的金属粉和粒径为15-45μm的Cr₂O₃、87wt％Al₂O₃+13wt％TiO₂以及60％wtCr₂O₃+40％wtTiO₂等陶瓷粉。

5，一种陶瓷复合涂层刮刀的制备方法，具体实施包括以下步骤：

1)对基体进行洁净处理；

2)将基体用非刚性拘束带以面接触方式贴在热沉体上，保证长薄板刮刀在喷涂过程不发生位移和外力导致的变形；利用非刚性遮蔽物，只露出刮刀边缘待喷面。

3)打开冷却系统，冷却水流量为大于40L/h，温度为低于15℃；前端冷却气流量为大于40SPLM，压力为大于80MPa。

4)利用等离子喷涂9M喷枪进行实验，采用横向送粉方式，喷涂轨迹设定为单道(喷涂过程中喷枪回程不经过基体表面)

5)采用等离子喷涂方法进行喷涂，先喷涂一层厚度在20-50μm的金属打底涂层，再喷涂一层厚度为150-250μm的耐磨陶瓷涂层；

本发明的有效增益：

1，本发明的冷却系统和固定系统以及送粉方式和喷枪运行轨迹能够有效减少薄壁刮刀在喷涂过程中的残余应力从而抑制刮刀的变形。

2，本发明中先用金属涂层作为打底涂层，能够增加薄壁刮刀的抗变形能力，然后用制备耐磨陶瓷涂层，在基体不变形的情况下又能够满足刮刀的各项性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方案对本发明进一步详细说明。

图1是本发明的冷却与固定系统的部分示意图；附图中各代号含义：1热沉体，2刚性拘束带，3冷却水通道，4进水口，5密封口，6出水口；

图2是本发明先用Mo作为打底涂层再用60％wtCr₂O₃+40wt％TiO₂作为耐磨陶瓷涂层的截面形貌图；

图3是用常规喷涂方法喷涂60％wtCr₂O₃+40wt％TiO₂涂层的试样和本发明喷涂Mo+(60wt％Cr₂O₃+40wt％TiO₂)涂层的试样对比图；

图4是本发明喷涂的Mo+Cr₂O₃涂层的试样图；

图5是本发明喷涂的Mo+(87wt％Al₂O₃+13wt％TiO₂)涂层的试样图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实例对本发明进一步详述，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1

1)对基体进行洁净处理；

2)将基体用非刚性拘束带以面接触方式贴在热沉体上，保证长薄板刮刀在喷涂过程不发生移动；利用非刚性遮蔽物，只露出刮刀边缘待喷面。

3)打开冷却系统，冷却水流量为40L/h，温度为低于15℃；前端冷却气流量为40SPLM，压力为80MPa。

4)利用等离子喷涂9M喷枪进行实验，采用横向送粉方式，喷涂轨迹设定为单道(喷涂过程中喷枪回程不经过基体表面)调整等离子喷涂参数为：喷距100mm，主气流量为40SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为55V，用粒径为15-45微米的Mo粉末喷涂一层涂层厚度为20-50μm的金属打底涂层。

5)调整等离子喷涂参数为喷距100mm，主气流量为45SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为60V，用粒径为15-45微米的60wt％Cr₂O₃+40wt％TiO₂粉末喷涂一层涂层厚度为150-250μm的耐磨陶瓷涂层。

结果如图3所示，本发明所喷涂薄板刮刀变形量为4％，远小于常规喷涂刮刀变形量20％，本发明金属涂层硬度为580HV，陶瓷涂层硬度为852HV，涂层结合强度为23MPa，能够满足刮刀的使用性能。试验中基体温度在非轨迹部分保持在25℃的温度状态，喷涂过程中试样没有发生移动，实际打底涂层厚度为47μm，陶瓷涂层厚度为215μm。

实施例2

1)对基体进行洁净处理；

2)将基体用非刚性拘束带以面接触方式贴在热沉体上，保证长薄板刮刀在喷涂过程不发生移动；利用非刚性遮蔽物，只露出刮刀边缘待喷面。

3)打开冷却系统，冷却水流量为40L/h，温度为低于15℃；前端冷却气流量为40SPLM，压力为80MPa。

4)利用等离子喷涂9M喷枪进行实验，采用横向送粉方式，喷涂轨迹设定为单道(喷涂过程中喷枪回程不经过基体表面)调整等离子喷涂参数为：喷距100mm，主气流量为40SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为55V，用粒径为15-45微米的Mo粉末喷涂一层涂层厚度为20-50μm的金属打底涂层。

5)调整等离子喷涂参数为喷距100mm，主气流量为45SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为60V，用粒径为15-45微米的Cr₂O₃粉末喷涂一层涂层厚度为150-250μm的耐磨陶瓷涂层。

结果如图4所示，本发明所喷涂薄壁刮刀变形量为3％，陶瓷涂层硬度为631HV，涂层结合强度为28MPa，满足刮刀各项性能。试验中基体温度在非轨迹部分保持在27℃的温度状态，喷涂过程中试样没有发生移动，实际打底涂层厚度为37μm，陶瓷涂层厚度为245μm。

实施例3

1)对基体进行洁净处理；

2)将基体用非刚性拘束带以面接触方式贴在热沉体上，保证长薄板刮刀在喷涂过程不发生移动；利用非刚性遮蔽物，只露出刮刀边缘待喷面。

3)打开冷却系统，冷却水流量为40L/h，温度为低于15℃；前端冷却气流量为40SPLM，压力为80MPa。

4)利用等离子喷涂9M喷枪进行实验，采用横向送粉方式，喷涂轨迹设定为单道(喷涂过程中喷枪回程不经过基体表面)3)调整等离子喷涂参数为：喷距100mm，主气流量为40SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为70V，用粒径为15-45微米的Mo粉末喷涂一层涂层厚度为20-50μm的金属打底涂层。

4)调整等离子喷涂参数为喷距100mm，主气流量为40SLPM，送粉率为30g/min，电流为600A，电压为65V，用粒径为15-45微米的87wt％Al₂O₃+13wt％TiO₂粉末喷涂一层涂层厚度为150-250μm的耐磨陶瓷涂层。

结果如图5所示，本发明所喷涂薄壁刮刀变形量为1％，陶瓷涂层硬度为711HV，涂层结合强度为31MPa，满足刮刀各项性能。试验中基体温度在非轨迹部分保持在25℃的温度状态，喷涂过程中试样没有发生移动，实际打底涂层厚度为41μm，陶瓷涂层厚度为198μm。