本发明属于热喷涂技术领域，涉及一种热喷涂界面增强剂及其制备与使用方法。
背景技术：
随着社会的进步，对材料的性能要求越来越高，热喷涂涂层受到极大地重视，热喷涂技术被广泛运用于航天、航空、航海等领域。在热喷涂前，先要对基体表面进行喷砂表面粗糙化，在这过程中难免会引入一些对涂层特性和粘结性产生影响的杂质；在喷涂过程中，把喷涂材料利用等离子束、电弧或火焰加热到很高的温度，使其形成液态或黏熔态，利用高速压缩空气把熔融金属液滴高速喷涂到基材表面，这个过程中很容易发生氧化，从而影响了涂层的性能，另外液滴在与基材接触的瞬间，由于与基体材料物理化学特性完全不同，特别是晶体结构、原子键构等，很难实现金属小液滴在基材表面的铺展，从而加大了涂层界面缺陷、影响了涂层与基体的粘结性。热喷涂涂层与基体表面杂质引入、界面氧化、界面缺陷、粘结不牢固、容易脱落的现象，极大的影响了热喷涂涂层的性能，严重制约着热喷涂技术的运用与发展。
传统解决这类问题的方法有：
（1）解决喷涂前杂质引入的问题的措施主要是：在热喷涂前进行超声波清洗或者高压空气高速冲击等，该类方法成本过高、工艺复杂、加大了喷涂过程中的工作量。
（2）解决喷涂过程中结合界面金属熔融小颗粒氧化的问题的措施主要是：利用惰性气体保护或者抽低真空环境进行喷涂，该类方法不仅对喷涂车间和设备要求过高，而且对操作人员素质要求也很高。使喷涂工艺复杂，喷涂成本升高。
（3）针对喷涂过程中金属熔融小液滴与基体界面难以铺展，导致涂层与基体界面缺陷过多、粘结性下降的问题，目前还没有有效的解决措施。
喷涂前杂质引入、喷涂过程中结合界面金属熔融小颗粒氧化的问题，虽然出现了解决措施，但是工艺复杂，成本巨大。并且针对金属熔融小液滴与基体界面难以铺展，导致涂层与基体界面缺陷过多、粘结性下降的问题、还没有有效解决措施。因此针对上述的问题，需要一种快速简单制备高性能、高粘结性能的热喷涂涂层的方法。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是：热喷涂过程中涂层与基体表面杂质引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘结不牢固、容易脱落的问题。
本发明目的及意义在于提供一种快速简单提高基体表面涂层特性和粘结性的界面增强剂及其制备与使用方法。
本发明在基体表面进行粗化、清洁处理后，在基体的待喷涂表面采用热喷涂技术（电弧喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂等）或刷涂技术，均匀涂覆界面增强剂，然后再进行常规热喷涂，可以得到粘结更加牢固的涂层，且使热喷涂领域涂层喷涂过程中杂质引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘结不牢固、容易脱落的问题得到一定程度的解决。
本发明提供一种热喷涂界面增强剂，界面增强剂由金属铺展剂、混溶剂和添加剂制备得到，界面增强剂中金属铺展剂20~45重量份，混溶剂20~45重量份，添加剂10~60重量份。
所述金属铺展剂为氟钛酸钾、氟锆酸钾、氟铝酸钾、氟钛酸铵、氟硅酸中的一种。
所述混溶剂为水，包括去离子水、蒸馏水。
所述添加剂由防氧化剂、净化剂和增粘剂组成，添加剂中防氧化剂的质量百分比为25~50%，净化剂的质量百分比为20~45%，增粘剂的质量百分比为5~30%。
所述防氧化剂为硼酸钠、硼酸钾、硼酸锂中的一种与硼砂、氟硼酸钾、氟硼酸钠中的一种组成的混合物，混合物中硼酸钠、硼酸钾或硼酸锂的质量百分比为70~80%，剩下的为硼砂、氟硼酸钾或氟硼酸钠中的一种。
所述净化剂为氟化钠、氟化钾、氟化锂中的一种与氯化钠、氯化锂、氯化钾中的一种按照质量比1︰1混合得到。
所述增粘剂为硼酸、煅烧硼酸中一种与氢氧化钾、氢氧化钠中一种任意比例混合而成。
本发明的另一目的在于提供所述热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，具体步骤如下：
（1）按比例称取金属铺展剂和混溶剂，将金属铺展剂与混溶剂充分混合得到混合物；
（2）按比例分别称取添加剂配料，利用机械球磨法、烧结破碎法或喷雾干燥法中的任意一种进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）将步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中得到的混合物混合，得到界面增强剂；
（4）将步骤（3）得到的界面增强剂均匀涂覆在预处理后的基材表面；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基材进行热喷涂，得到粘结性能更好的涂层。
步骤（4）所述基材预处理是将基材表面进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为：锆刚玉、白刚玉或棕刚玉，其粒度为15~30μm。
与现有技术方案相比，本发明的优点为：使热喷涂领域涂层喷涂过程杂质引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘结不牢固、容易脱落的问题得到一定程度的解决；工艺简单，成本较低，得到的涂层性能较佳，粘结性较强；喷涂环境要求较低，操作过程简单，操作人员要求低。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的涂层与传统方法得到的涂层sem图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本实施例一种热喷涂界面增强剂，包括以下组分的物质组成：金属铺展剂45重量份，混溶剂20重量份，添加剂35重量份，其中金属铺展剂为氟钛酸钾，混溶剂为蒸馏水，添加剂包括质量百分比为50%的防氧化剂，质量百分比为20%的净化剂，质量百分比为30%的增黏剂，其中防氧化剂由质量百分比为80%的硼酸钠和质量百分比为20%的氟硼酸钠组成，净化剂为氟化钾和氯化钠按照质量比为1︰1混合而成，增粘剂由煅烧硼酸与氢氧化钠混合而成。
本实施例热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，以铝合金为基体，在铝合金基体上喷涂316l不锈钢涂层，具体方法为：
（1）称取45g金属铺展剂(氟钛酸钾)和量取20ml混溶剂（蒸馏水），并把两者充分混合；
（2）称取其余添加剂（其中防氧化剂占50%，净化剂20%，增黏剂30%），配制17.5g防氧化剂（称取硼酸钠14g，氟硼酸钠3.5g，混合均匀），配制净化剂7g（称取氟化钾3.5g，氯化钠3.5g，混合均匀），配制增粘剂10.5g（称取煅烧硼酸10g，称取氢氧化钠0.5g），利用机械球磨法将物料进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）把步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中混合物进行充分混溶，得到膏状界面增强剂；
（4）将步骤（3）中制得的膏状界面增强剂利用机械刷涂设备在预处理的基体表面进行刷涂，基体表面均匀覆盖界面增强剂，其中基材表面预处理是将基体进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~20μm；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基体利用电弧喷涂技术进行316l不锈钢涂层喷涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘结性能更好的涂层。
如图1（b）所示为本实施例制备得到的涂层，与图1（a）传统方法得到的涂层相比，涂层与基体界面氧化物明显减少，而界面氧化物会影响涂层的粘结强度，氧化物越多其涂层的粘结强度越低。
实施例2
本实施例一种热喷涂界面增强剂，包括金属铺展剂20重量份，混溶剂45重量份，添加剂35重量份，其中金属铺展剂为氟锆酸钾，混溶剂为蒸馏水，添加剂包括质量百分比为25%的防氧化剂，质量百分比为45%的净化剂，质量百分比为30%的增黏剂，其中防氧化剂为质量百分比为70%的硼酸锂，质量百分比为30%的硼砂，净化剂为氟化钠和氯化钾1︰1混合而成，增粘剂由硼酸与氢氧化钾混合而成。
本实施例热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，本实施例以高锰钢为基体，在高锰钢基体上喷涂氮化硅陶瓷涂层，涂层服役于酸性环境，具体方法为：
（1）称取20g金属铺展剂(氟锆酸钾)和量取45ml混溶剂（蒸馏水），并把两者充分混合；
（2）称取其余添加剂（其中防氧化剂占25%，净化剂45%，增黏剂30%），配制8.75g防氧化剂（称取硼酸锂6.12g，硼砂2.63g，混合均匀），配制净化剂15.75g（称取氟化钠7.88g，氯化钾7.88g，混合均匀），配制增粘剂10.5g（称取硼酸7.5g，称取氢氧化钾3g），利用喷雾干燥法将物料进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）把步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中混合物进行充分混溶，采用拉丝机器制成直径2mm的界面增强剂丝；
（4）将步骤（3）中制得的界面增强剂丝利用电弧喷涂设备在预处理的基体表面进行喷涂，基体表面均匀覆盖界面增强剂，其中基材表面预处理是将基体进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料白刚玉，其粒度为20~30μm；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基体利用等离子喷涂技术进行碳化硅陶瓷涂层喷涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘结性能更好的涂层。
实施例3
本实施例一种热喷涂界面增强剂，包括金属铺展剂35重量份，混溶剂20重量份，添加剂60重量份，其中金属铺展剂为氟铝酸钾，混溶剂为蒸馏水，添加剂包括质量百分比为50%的防氧化剂，质量百分比为45%的净化剂，质量百分比为5%的增黏剂，其中防氧化剂为质量百分比为75%的硼酸锂，质量百分比为25%的氟硼酸钾，净化剂为氟化锂和氯化钾1︰1混合而成，增粘剂由硼酸与氢氧化钾混合而成。
本实施例热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，本实施例以高速工具钢为基体，在高速工具钢基体上喷涂金属陶瓷涂层（陶瓷涂层为硼化钛和碳化钛质量比1：1混合的混合物），具体方法为：
（1）称取35g金属铺展剂(氟铝酸钾)和量取20ml混溶剂（蒸馏水），并把两者充分混合；
（2）称取其余添加剂（其中防氧化剂占50%，净化剂45%，增黏剂5%），配制30g防氧化剂（称取硼酸锂22.5g，氟硼酸钾7.5g，混合均匀），配制净化剂27g（称取氟化锂13.5g，氯化钾13.5g，混合均匀），配制增粘剂3g（称取硼酸2g，称取氢氧化钾1g），利用烧结破碎法将物料进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）把步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中混合物进行充分混合，研磨烘干，制成能通过325目机械筛的粉末；
（4）将步骤（3）中制得的界面增强剂粉末利用等离子喷涂设备在预处理的基体表面进行喷涂，基体表面均匀覆盖界面增强剂，其中基材表面预处理是将基体进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为棕刚玉，其粒度为15~30μm；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基体利用等离子喷涂技术进行陶瓷涂层喷涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘结性能更好的涂层。
实施例4
本实施例一种热喷涂界面增强剂，包括金属铺展剂45重量份，混溶剂45重量份，添加剂10重量份，其中金属铺展剂为氟钛酸铵，混溶剂为去离子水，添加剂包括质量百分比为45%的防氧化剂，质量百分比为45%的净化剂，质量百分比为10%的增黏剂，其中防氧化剂为质量百分比为73%的硼酸钾，质量百分比为27%的氟硼酸钾，净化剂为氟化锂和氯化钾1︰1混合而成，增粘剂由硼酸与氢氧化钾混合而成。
本实施例热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，本实施例以铜合金为基体，在铜合金基体上喷涂氧化铝陶瓷涂层，具体方法为：
（1）称取45g金属铺展剂(氟钛酸铵)和量取45ml混溶剂（去离子水），并把两者充分混合；
（2）称取其余添加剂（其中防氧化剂占45%，净化剂45%，增黏剂10%），配制4.5g防氧化剂（称取硼酸钾3.28g，氟硼酸钾1.22g，混合均匀），配制净化剂4.5g（称取氟化锂2.25g，氯化钾2.25g，混合均匀），配制增粘剂1g（称取硼酸0.9g，量取氢氧化钾0.1g），利用烧结破碎法将物料进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）把步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中混合物进行充分混合，制成膏状界面增强剂；
（4）将步骤（3）中制得的膏状界面增强剂利用机械刷涂设备在预处理的基体表面进行刷涂，基体表面均匀覆盖界面增强剂，其中基材表面预处理是将基体进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为白刚玉，其粒度为15~25μm；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基体利用等离子喷涂技术进行陶瓷涂层喷涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘结性能更好的涂层。
实施例5
本实施例一种热喷涂界面增强剂，包括金属铺展剂35重量份，混溶剂30重量份，添加剂35重量份，其中金属铺展剂为氟硅酸，混溶剂为去离子水，添加剂包括质量百分比为35.7%的防氧化剂，质量百分比为40%的净化剂，质量百分比为24.2%的增黏剂，其中防氧化剂为质量百分比为70%的硼酸钠，质量百分比为30%的氟硼酸钠，净化剂为氟化钠和氯化锂1︰1混合而成，增粘剂由煅烧硼酸与氢氧化钾混合而成。
本实施例热喷涂界面增强剂的制备及使用方法，本实施例以镍钴基合金为基体，在镍钴基合金基体上喷涂碳化硅陶瓷涂层，具体方法为：
（1）称取35g金属铺展剂(氟硅酸)和量取30ml混溶剂（去离子水），并把两者充分混合；
（2）称取其余添加剂（其中防氧化剂占35.7%，净化剂40%，增黏剂24.2%），配制12.5g防氧化剂（称取硼酸钠8.7g，氟硼酸钠3.8g，混合均匀），配制净化剂14g（称取氟化钠7g，氯化锂7g，混合均匀），配制增粘剂8.5g（称取煅烧硼酸0.5g，称取氢氧化钾8g），利用烧结破碎法将物料进行破碎，过325目机械振动筛，制成防氧化剂、净化剂、增粘剂的粉末后混匀；
（3）把步骤（2）中制得的粉末与步骤（1）中混合物进行充分混合，制成膏状界面增强剂；
（4）将步骤（3）中制得的膏状界面增强剂利用机械刷涂设备在预处理的基体表面进行刷涂，基体表面均匀覆盖界面增强剂，其中基材表面预处理是将基体进行喷砂粗糙处理，然后利用干燥空气对喷砂表面进行清洁处理，喷砂粗糙过程中所使用的的沙粒材料为锆刚玉，其粒度为15~30μm；
（5）将步骤（4）中均匀覆盖界面增强剂的基体利用等离子喷涂技术进行陶瓷涂层喷涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘结性能更好的涂层。
下表1所示是实施例1-5所得涂层与同样处理只是没有使用界面增强剂的涂层进行粘结强度测试的数据，从表中可知，使用界面增强剂后的涂层的粘结强度冥想高于未使用界面涂层增强剂的涂层。
表1
以上举例只是本发明的部分运用举例，但是本发明不只限于实施例，只要其以任何相同或相似方法、工艺流程达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。