一种针对薄壁金属件制备隔热涂层的方法与流程

本发明属于喷涂技术领域，具体涉及一种针对薄壁金属件等离子喷涂制备隔热涂层的方法。

背景技术：

等离子喷涂作为一种航空航天常用的热防护材料加工技术，具有喷涂材料范围广、涂层致密、结合强度高等优点。但金属薄壁件在喷涂前表面吹砂过程中易出现结构失稳，产生变形，若表面粗化效果不佳易造成涂层与基体结合力低。激光毛化是一个复杂的激光与物质相互作用的冶金物理化学过程。用高能量密度、高重复频率的脉冲激光束聚焦照射到材料表面,光能转换为材料的热能使得材料温度升高，局部熔化、汽化。激光毛化技术具有毛化点形状和分布可控，粗糙度和密度可大范围精确调整等特点，非常适用于解决金属薄壁件表面粗化加工问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种针对薄壁金属件制备隔热涂层的方法，具体技术方案如下：

一种针对薄壁金属件制备隔热涂层的方法，包括如下步骤：

(1)基体的选择

通过吹砂试验分析高温合金基体表面粗化过程发生结构失稳的临界厚度；

(2)激光毛化工艺研究

检测隔热涂层材料在等离子焰流中形成的液滴尺寸，采用激光毛化技术在薄壁高温合金基体表面加工与液滴尺寸匹配的半球形小孔；检测激光毛化处理后的基体表面粗糙度和变形程度；

(3)等离子喷涂工艺研究

采用等离子喷涂工艺制备氧化锆隔热涂层，优化喷涂工艺参数控制高温合金基体变形，测试涂层结合强度并与吹砂处理制备的涂层进行对比。

本发明的有益效果

通过激光毛化处理改善薄壁金属基体表面粗糙度，控制基体粗化过程的变形程度，在基体表面加工精确可控的半球形小孔，其尺寸与粉体在等离子焰流中形成的液滴匹配，进一步提高基体与涂层的结合强度，保证了薄壁金属基体表面涂层的可靠性。

附图说明

本发明共有4幅附图

图1为激光毛化加工孔径尺寸示意图；

图2为等离子喷涂液滴尺寸示意图；

图3为激光毛化处理后制备的涂层微观形貌图；

图4为激光毛化处理后制备的涂层结合强度示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种针对薄壁金属件制备隔热涂层的方法，包括如下步骤：

(1)制备厚度为2mm，3mm，4mm高温合金基体，采用吹砂工艺(压力-0.4mpa，射流角度-70°，距离-120mm，砂粒粒度-40目)对基体表面进行粗化，检测发现厚度2mm高温合金基体变形量超过1mm；

(2)检测氧化锆粉体在等离子焰流中形成的液滴尺寸为50μm-100μm，见图1，依据该尺寸采用激光器在高温合金基体表面加工半球形小孔，检测激光处理后基体表面粗糙度为ra＝6.27μm，变形量小于0.1mm；见图2，由图3可知激光毛化处理后的基体与涂层的界面结合形貌孔隙率低，层状结构致密。

(3)采用等离子喷涂制备氧化锆隔热涂层，工艺参数：电流-600a，氩气-35nlpm，氢气-12nlpm，载气-2.6nlpm，距离-100mm，送粉量-15r/min；检测隔热涂层与高温合金基体的平均结合强度为27.9mpa。涂层断口整齐，无跨层断裂现象，且断口呈灰白色，表明断裂位置位于氧化锆层内部，见图4。

技术特征：

技术总结
本发明属于喷涂技术领域，具体涉及一种针对薄壁金属件等离子喷涂制备隔热涂层的方法。采用激光毛化技术对薄壁金属件进行表面粗化处理，达到等离子喷涂工艺要求的粗糙度，同时在金属基体表面加工50μm‑100μm的半球形小孔，该孔径与等离子焰流形成的液滴直径相匹配，从而进一步提高了涂层与薄壁金属基体的结合力。本发明通过激光毛化处理改善薄壁金属基体表面粗糙度，控制基体粗化过程的变形程度，在基体表面加工精确可控的半球形小孔，其尺寸与粉体在等离子焰流中形成的液滴匹配，进一步提高基体与涂层的结合强度，保证了薄壁金属基体表面涂层的可靠性。

技术研发人员：田伟智;毕荣荣;樊喜刚
受保护的技术使用者：北京星航机电装备有限公司
技术研发日：2017.12.08
技术公布日：2018.05.18