在工件表面上制备铝灰涂层的方法与流程

本公开一般涉及喷涂技术领域，具体涉及金属涂层技术领域，尤其涉及一种在工件表面上制备铝灰涂层的方法。

背景技术：

等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使工件表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。总的来说，涂层依其主要用途可以分为保护性涂层和功能性涂层两大类。等离子喷涂涂层传统应用于耐磨、耐氧化、耐高温等领域，这些涂层的制备技术已在工业生产中得到广泛的应用。近年来，新型的功能性涂层，如生物涂层、纳米涂层、超导涂层等正受到人们的重视，得到了迅速的发展。

目前，市场上常用的等离子喷涂粉末，如镍基合金粉、碳化钨粉、陶瓷粉末，每公斤几百元到几千元不等，价格比较昂贵。同时，在一些涂层性能要求不太高的场合选用上述昂贵的喷涂粉末会增加生产成本，且造成资源的浪费。因此寻求一种喷涂材料价格低廉，又能达到一定喷涂要求的涂层已成为本领域急需解决的问题。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种在工件表面上制备铝灰涂层的方法以及制备铝灰喷涂粉末的方法。

本发明提供一种在工件表面上制备铝灰涂层的方法，方法包括s110：通过喷涂机将铝灰喷涂粉末在工件表面上喷涂成铝灰涂层。

本发明提供的在工件表面上制备铝灰涂层的方法，通过使用铝灰制备铝灰喷涂粉末，在喷涂机的作用下在工件表面形成铝灰涂层，不仅能够提高工件表面的硬度与强度，满足不降低涂层性能要求的场合使用要求，还能够降低喷涂的成本。同时为铝灰的处理利用提供了新途径，实现铝灰的再利用，也极大地避免铝灰堆积填埋而导致的土地污染等情况的出现。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的在工件表面上制备铝灰涂层的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的铝灰喷涂粉末的制备工艺的流程图；

图3为本发明另一实施例提供的铝灰喷涂粉末的制备工艺的流程图；

图4为本发明另一实施例提供的铝灰喷涂粉末的制备工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1，本实施例提供一种在工件表面上制备铝灰涂层的方法，方法包括：s110：通过喷涂机将铝灰喷涂粉末在工件表面上喷涂成铝灰涂层。

在本实施例中，通过使用铝灰喷涂粉末作为喷涂材料，在喷涂机的作用下在工件表面形成铝灰涂层，不仅能够提高工件表面的硬度与强度，满足不降低涂层性能要求的场合使用要求，还能够降低喷涂的成本。同时为铝灰的处理利用提供了新途径，实现铝灰的再利用，也极大地避免铝灰堆积填埋而导致的土地污染等情况的出现。

优选地，在s110之前，还包括：通过喷涂机将金属粘结粉末在工件表面上喷涂成粘接层。

在本实施例中，在工件表面上先喷涂一层粘接层，且粘接层位于工件表面与铝灰涂层之间，且粘接层的喷涂材料为金属粉末。其中粘接层能分别与工件表面、铝灰涂层之间形成紧密的连接，增加铝灰涂层在工件表面上的连接强度与稳定性。具体地，在喷涂过程中，粘接层的喷涂材料经过软化后喷涂于工件表面上，由于粘接层的喷涂材料在喷出后会与工件表面发生撞击，进而使得粘接层的喷涂材料与工件表面皆具有较高的热量，从而可促进粘接层的喷涂材料向工件表面扩散、交叉并形成冶金结合面。同时，在冷却后粘接层的喷涂材料与工件表面之间会形成机械结合面，从而有效地提高两者的连接强度。同理，铝灰涂层的喷涂材料经过软化后喷涂于粘结层表面上，由于铝灰涂层的喷涂材料在喷出后会与粘结层发生撞击，进而使得铝灰涂层的喷涂材料与粘结层表面材料皆具有较高的热量，从而可促进铝灰涂层的喷涂材料向粘结层表面扩散、交叉并形成冶金结合面。同时，在冷却后粘接层的喷涂材料与铝灰涂层之间会形成机械结合面，从而有效地提高两者的连接强度，最终实现提高铝灰涂层与工件表面的连接强度。优选地，粘接层的喷涂材料金属粘结粉末为铝镍复合粉末。

优选地，在s109之前，还包括s108：对工件表面进行粗化处理。

在本实施例中，粗化处理可理解增加工件表面的粗糙度。在对工件表面进行喷涂处理之前先对工件表面进行粗化处理，可增加粘结层在工件表面上的附着力。如：当工作表面上经过粗化处理后会形成凹凸不平的沟壑，软化后的喷涂材料会填充沟壑并在冷却后与沟壑啮咬合于一起，显著增加粘接层与工件表面之间的连接强度。

优选地，粗化处理包括通过喷砂机将20-30#棕刚玉对所述工件表面进行喷砂粗化处理，喷砂时的压力值0.5-0.8mpa。

在本实施例中，通过喷砂机将对工件表面进行喷砂处理，其中磨料为20-30#棕刚玉，从而可增加工件表面的粗糙程度，利于粘结层在工件表的附着力。同时通过喷砂还可以去除工件表面的锈迹等，以净化表面。

优选地，在s108之前还包括s107：对工件表面进行除油处理。

在本实施例中，可通过除油剂对工件表面进行除油处理，以增加粘结层与工件表面之间的连接强度。其中，除油剂如丙酮等。

优选地，在s110之前，还包括s106：对铝灰喷涂粉末进行烘干处理，其中烘干温度为100-150℃，烘干时间为1-1.5h。

在本实施例中，在将铝灰粉末进行喷涂之前，还将铝灰粉末进行温度为100-150℃，时间为1-1.5h的烘干处理，显著降低铝灰粉末中的水分，以增加提高铝灰粉末的流动性，进而提高喷涂效果。

优选地，铝灰涂层的厚度0.9-1.0mm，粘接层的厚度0.08-0.12mm。

在本实施例中，铝灰涂层的厚度0.9-1.0mm，可以使涂层具有较好的结合强度和力学性能。粘接层的厚度0.08-0.12mm，可以保证粘结层与铝灰涂层和工作面材料之间结合牢靠。

优选地，在通过喷涂机将铝灰喷涂粉末在工件表面上喷涂成铝灰涂层中，喷涂机的工作参数为：氩气的流量为1800-2200l/h，铝灰粉末的送粉量为20-30g/min，电弧电压60-70v，电弧电流550-600a，喷涂机的喷涂方向与工件表面之间形成线面夹角为55-70°，喷嘴到工件表面的距离90-100mm。

在本实施例中，当喷涂机的工作参数如上设置时，能够使得铝灰涂层厚度比较均匀，铝灰涂层内部紧实，铝灰涂层结构稳定。

优选地，在通过喷涂机将金属粘结粉末在工件表面上喷涂成粘接层中，喷涂机的工作参数为：氩气的流量为2000l/h，金属粘结粉末的送粉量为20g/min，电弧电压55v，电弧电流500a，喷涂机的喷涂方向与工件表面之间形成线面夹角为60°，喷嘴到工件表面的距离90mm。

在本实施例中，当喷涂机的工作参数如上设置时，能够使得粘结层厚度比较均匀，且内部结构紧实，与铝灰涂层及工件表面之间的结合力最佳，进而使得铝灰涂层与工件表面之间连接强度以及稳定性更佳。

优选地，在铝灰涂层喷涂结束后，让工件在空气中充分冷却至室温，以利于铝灰涂层的结构稳定性。

为了更好地理解本申请提供的技术方案，本部分先对第一铝灰以及铝灰进行相应的介绍，具体如下：

第一铝灰的来源主要为电解铝行业中的一次铝灰和/或二次铝灰以及熔铸铝行业的一次铝灰和/或二次铝灰，且两行业中的第一铝灰成分也存在一定的区别。就一般而言，一次铝灰中单质铝含量为18-22％，氧化铝含量为16-20％，氮化铝含量为5-9％；二次铝灰中单质铝含量在5％以下，氧化铝含量为10-14％，氮化铝含量为6％以下。对于电解铝行业来讲，第一铝灰中通常都含有金属铝、al2o3、(fe、si、mg)的氧化物及(k、na、ca、mg)的氯化物等。对于铝铸造行业来讲，第一铝灰的成分主要有金属铝、al2o3、(na、mg、ca)的氧化物、氮化铝以及一些微量成分。其中一次铝灰可理解为制铝企业中生产出来的未经过处理得原始铝灰，二次铝灰可理解为原理铝灰在经过处理后得到的铝灰，这里的处理可包括铝提取处理等。由于第一铝灰中杂质较多，可以作为铝灰进行制备喷涂粉末，但是制备出的喷涂粉末品质较差，所以在利用第一铝灰制备喷涂粉末时，往往先对第一铝灰进行去杂处理，以获得杂质较少的铝灰，进而提高喷涂粉末的品质。故，铝灰一般以单质铝、氧化铝和氮化铝为主，还有微量的其他成分等。

请参考图2，本实施例提供一种用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法，方法包括以下步骤：

s10：对铝灰进行研磨处理；

s20：对经过研磨处理后的铝灰进行筛分处理，并获取粒径值在预设的粒径阈值以下的铝灰，即为铝灰喷涂粉末。

在本实施例中，通过利用铝灰作为制备铝灰喷涂粉末的原材料，不仅能满足降低制备铝灰喷涂粉末的成本，且能够使得铝灰喷涂粉末制备出的铝灰涂层具有一定的强度与硬度，满足不降低涂层性能要求的场合使用要求。更重要的是，通过本申请提供的用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法能够为铝灰的处理利用提供了新途径，实现铝灰的再利用，也极大地避免铝灰堆积填埋而导致的土地污染等情况的出现。

请参考图3，优选地，用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法还包括：s30：获取粒径值大于粒径阈值的铝灰的重量值；s40：将重量值与预设的重量阈值进行比较，当重量值大于重量阈值时，重复s10～s30，直至重量值小于重量阈值。

对铝灰的研磨处理，一般使用球磨机等研磨设备进行研磨成粉末处理，但是由于设备或者铝灰中颗粒结构复杂以及大小不一等原因，使得经过研磨处理后的铝灰仍有一部分的粒径值大于粒径阈值，严重影响喷涂粉末的使用，进而需要将该部分铝灰筛分掉。若筛分出的铝灰重量较大，则降低对铝灰的利用率。在本实施例中，为了进一步提高铝灰的利用率，将粒径值大于粒径阈值的铝灰进行再利用，具体地：获取粒径值大于粒径阈值的铝灰的重量值，将重量值与预设的重量阈值进行比较，当重量值大于重量阈值时，重复s10～s30，直至重量值小于重量阈值。在实际生产过程中，可通过设置合适的重量阈值，如重量阈值为铝灰重量值的4％～10％，来达到预期的铝灰的利用率。优选地，重量阈值为铝灰重量值的5％。

请参考图4，优选地，在s10之前还包括如下步骤：s02：将第一铝灰进行加水处理，形成铝灰溶液；s03：对铝灰溶液进行搅拌处理，以及对搅拌处理后的铝灰溶液进行静置处理；s04：获取铝灰溶液中沉淀于底部的固体物质，并将固体物质进行烘干处理，即得铝灰。

在本实施例中，将第一铝灰进行加水处理，形成铝灰溶液，利用水可将铝灰中溶于水的盐类以及其他成分溶解于水中。对铝灰溶液的搅拌可促进铝灰中溶于水的盐类以及其他成分充分溶解于水中，且利于埋在铝灰中的浮渣得以漂浮出来。对搅拌后的铝灰溶液进行静置，可便于铝灰溶液中形成分层，如顶部为浮渣，中部为盐溶液，底部为不溶于水的固体物质。通过去掉浮渣以及盐溶液，将沉淀在铝灰溶液底部的固体物质(主要为单质铝、氧化铝和氮化铝)取出，并进行烘干，以便于后期铝灰的研磨处理。优选地，水为纯净水，搅拌处理中搅拌速度为180～230r/min，静置处理的时间为1～3h，烘干处理中烘干温度为100-150℃，烘干时间6-12h。

优选地，在s02之前还包括如下步骤：s01：对第一铝灰进行预筛分处理。

在本实施例中，将第一铝灰进行预筛分处理，用于过滤掉第一铝灰中较大的颗粒物和杂质，从而提高最终制备出的铝灰喷涂粉末品质。

优选地，粒径阈值为0.1～0.15mm。

在本实施例中，将粒径阈值设置在0.1～0.15mm，进一步优选为0.125mm，可使得获得喷涂粉末的粒径值小且大小比较接近，从而利于喷涂粉末在喷涂时的流动性以及喷涂效率，进而使得喷涂出的涂层平整光滑且性能好。

优选地，在预筛分处理中，筛子的目数位于180～260目之间，进一步优选为200目，可使得经过预筛分的铝灰的粒径均在200目以下，可使得球磨机对铝灰的研磨效果好，降低研磨时间。

优选地，铝灰溶液中第一铝灰与水之间的重量比例为1:(1～3)。

在本实施例中，通过铝灰溶液中铝灰与水之间按照重量比例为1:(1～3)进行制备，可使得铝灰中的盐类充分溶解，浮渣能够绝大多数漂浮于铝灰溶液的顶层，提高制备铝灰喷涂粉末的铝灰的品质。

此外，本文还将结合多个实施例进行阐述本发明提供的用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法中对铝灰在使用率方面的影响，具体如下：

实施例1

本实施例提供一种用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法，具体包括以下步骤：

s01、将第一铝灰用200目筛子进行预筛分，去除第一铝灰中粒径大于200目的颗粒物和杂质；

s02、对s01中筛分好的第一铝灰与水按1:1的比例进行水解，形成铝灰溶液；

s03、对s02中铝灰溶液进行搅拌处理，以及对搅拌处理后的铝灰溶液进行静置处理，其中搅拌速度200r/min，静置时间1h；

s04：对s03中得到的铝灰液体进行过滤，去除铝灰溶液最上层难溶于水的浮渣以及中间层的盐溶液，得到铝灰溶液中沉淀底部的难溶于水的固体物质，并将固体物质进行烘干处理，即得铝灰，其中烘干温度为150℃，烘干时间为6h；

s10：对铝灰进行球磨处理；

s20：对经过球磨处理后的铝灰进行筛分处理，并获取粒径值在预设的粒径阈值以下的铝灰，即为铝灰喷涂粉末，其中筛子的目数为120目；

s30：获取粒径值大于粒径阈值的铝灰的重量值；

s40：将重量值与预设的重量阈值进行比较，当重量值大于重量阈值时，重复s10～s30，直至重量值小于重量阈值。

本实施例中铝灰的利用率可达88.9％。

实施例2

本实施例提供一种用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法，具体包括以下步骤：

s01、将第一铝灰用200目筛子进行预筛分，去除第一铝灰中粒径大于200目的颗粒物和杂质；

s02、对s01中筛分好的第一铝灰与水按1:2的比例进行水解，形成铝灰溶液；

s03、对s02中铝灰溶液进行搅拌处理，以及对搅拌处理后的铝灰溶液进行静置处理，其中搅拌速度200r/min，静置时间2h；

s04：对s03中得到的铝灰液体进行过滤，去除铝灰溶液最上层难溶于水的浮渣以及中间层的盐溶液，得到铝灰溶液中沉淀底部的难溶于水的固体物质，并将固体物质进行烘干处理，即得铝灰，其中烘干温度为100℃，烘干时间为12h；

s10：对铝灰进行球磨处理；

s20：对经过球磨处理后的铝灰进行筛分处理，并获取粒径值在预设的粒径阈值以下的铝灰，即为铝灰喷涂粉末，其中筛子的目数为120目；

s30：获取粒径值大于粒径阈值的铝灰的重量值；

s40：将重量值与预设的重量阈值进行比较，当重量值大于重量阈值时，重复s10～s30，直至重量值小于重量阈值。

本实施例中铝灰的利用率可达90.5％。

实施例3

本实施例提供一种用铝灰制备铝灰喷涂粉末的方法，具体包括以下步骤：

s01、将第一铝灰用200目筛子进行预筛分，去除第一铝灰中粒径大于200目的颗粒物和杂质；

s02、对s01中筛分好的第一铝灰与水按1:3的比例进行水解，形成铝灰溶液；

s03、对s02中铝灰溶液进行搅拌处理，以及对搅拌处理后的铝灰溶液进行静置处理，其中搅拌速度200r/min，静置时间3h；

s04：对s03中得到的铝灰液体进行过滤，去除铝灰溶液最上层难溶于水的浮渣以及中间层的盐溶液，得到铝灰溶液中沉淀底部的难溶于水的固体物质，并将固体物质进行烘干处理，即得铝灰，其中烘干温度为150℃，烘干时间为6h；

s10：对铝灰进行球磨处理；

s20：对经过球磨处理后的铝灰进行筛分处理，并获取粒径值在预设的粒径阈值以下的铝灰，即为铝灰喷涂粉末，其中筛子的目数为120目；

s30：获取粒径值大于粒径阈值的铝灰的重量值；

s40：将重量值与预设的重量阈值进行比较，当重量值大于重量阈值时，重复s10～s30，直至重量值小于重量阈值。

本实施例中铝灰的利用率可达90.3％。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。