一种火焰喷涂制备Al/Al2O3多功能涂层的方法技术

本发明专利技术提供一种火焰喷涂制备Al/Al2O3多功能涂层的方法，其包括如下步骤：(1)采用球磨法混合制备均匀的Al/Al2O3复合涂层粉体；(2)将Al/Al2O3复合涂层粉体、聚乙烯醇聚乙二醇混合溶液、甘油、液体石蜡在真空搅拌机中混炼，直到形成泥团，将泥团挤出成型形成坯体；(3)将坯体进行烧结处理，先在400～600℃保温1～3h，然后在1600～2000℃保温5～7h，最终形成Al/Al2O3复相陶瓷棒作为喷涂原材料；(4)对待修复或加工的基体进行预热，控制基体温度在100～200℃之间；(5)采用火焰喷涂方法在基体上，制备复相多功能陶瓷涂层材料。采用本发明专利技术制备的复相陶瓷涂层具有良好的耐腐蚀、耐磨损以及耐高温综合性能，涂层的结合强度超过20MPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料的涂覆领域，具体涉及一种提高零件(钢、铝)基体耐腐蚀、耐磨损、耐高温的方法。
技术介绍
针对零部件在使用中被磨损、被腐蚀的问题，采用热喷涂技术对零件使用中所存在的缺陷部位进行涂层修复(并且还可不断地进行重复修复)，可大幅度降低整个零部件的更换费用，大大节约原材料，降低成本。此外，与原来未喷涂零部件相比，修复后的零部件使用寿命可成倍提高，从而大大提高生产效率。在零件投入使用前，对其进行喷涂加工，可成倍提高零件的使用寿命，大大降低生产成本，经济效益明显提高。Al具有良好的大气防腐蚀性能，与零件基体具有良好的物理化学相容性，通常可直接涂覆在零件表面，但纯Al材料质地软、熔点低，导致单一Al涂层的耐磨损、耐高温性能较差。Al2O3陶瓷材料具有高熔点，高硬度，在高温热障及耐磨领域具有较为广泛的应用，但单一 Al2O3涂层韧性较差，在使用过程中常常因开裂导致涂层剥落而过早失效。另外，单一Al2O3涂层与常用零件(钢、铝)基体的物理化学相容性相差较大，无法直接沉积在零件的表面(常常需要添加过渡层以缓和与零件基体的相容性差的问题)。因此，考虑制备AVAl2O3复相材料以综合Al与Al2O3的性能，达到涂层整体耐腐蚀、耐磨损、耐高温的综合性能，同时，涂层可直接涂覆在零件表面，降低界面数量，提高涂层整体的结合强度。AVAl2O3复合软线丝材的制备较为容易，但无法实现Al和Al 203的均匀混合，且成分配比调节能力有限，在制备涂层的时候易造成成分的偏析，造成涂层性能低下。而Al/Al2O3复相陶瓷棒材可实现成分配比可控，混合均匀，所制备的涂层综合性能优良，沉积效率高，施工方便，具有良好的应用前景。AVAl2O3陶瓷棒材可直接采用火焰喷涂技术来制备涂层，该技术具有工艺简单、操作方便、涂层性能优异、适用面宽等优点，可有效克服等离子喷涂技术对设备要求高，耗气量大，使用成本高，工艺参数繁杂，操作复杂，设备便携程度低等缺陷。此外，陶瓷棒火焰喷涂是一项新近发展起来的高新技术，目前，国内外尚无关于火焰喷涂AVAl2O3陶瓷棒材的相关研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其能够攻克AVAl2O3复相陶瓷棒材的制备技术难点，制备出性能优良的多功能复相涂层，实现零件磨损腐蚀的修复，提高零件的使用寿命。实现本专利技术目的的技术方案:一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其特征在于:该方法包括如下步骤:(I)采用球磨法混合制备均匀的AVAl2O3复合涂层粉体；所述的AVAl2O3复合涂层粉体包括组分如下:Al，质量百分比为(I?95) % ;Al2O3，质量百分比为(I ~ 95) % ；B2O3,质量百分比为(I?5) % ;S12，质量百分比为(O ~ 10) % ；Si，质量百分比为(O?I) % ;(2)将步骤(I)的AVAl2O3复合涂层粉体、PVA (聚乙烯醇)和PEG (聚乙二醇)混合溶液、甘油、液体石蜡在真空搅拌机中混炼，直到形成泥团，将泥团挤出成型形成坯体；所述的AVAl2O3复合涂层粉体、PVA(聚乙烯醇)和PEG(聚乙二醇)混合溶液、甘油、液体石蜡的配比如下:PVA(聚乙烯醇)和PEG(聚乙二醇)混合溶液，质量百分比为(10?20) % ;甘油，质量百分比为(0.5?1.5) % ;液体石蜡，质量百分比为(0.5?I) % ;其余为AVAl2O3复合涂层粉体；(3)将步骤(2)所得的坯体进行烧结处理，先在400?600°C保温I?3h，然后在1600?2000°C保温5?7h，最终形成A1/A1203复相陶瓷棒作为喷涂原材料；(4)对待修复或加工的基体进行预热，控制基体温度在100?200°C之间；(5)采用火焰喷涂方法在经步骤(4)处理的基体上，制备复相多功能陶瓷涂层材料，其中喷涂原材料为步骤⑶所得AVAl2O3复相陶瓷棒。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其步骤(2)所述的PVA(聚乙烯醇)和PEG(聚乙二醇)混合溶液的浓度为10?30wt%，其中溶剂为去离子水，PVA(聚乙烯醇)和PEG(聚乙二醇)的质量百分比为1: (I?10)。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其步骤(5)所述的火焰喷涂的具体工艺参数为:可燃气体C3H8流量为35?50L/min，压力为3?6bar，助燃气体O2流量为40?65L/min，压力为3?7bar，压缩空气流量为450?850L/min，压力为5.5?6bar，棒材送入速率为10?20cm/min，喷涂距离为60?80mm，喷涂角度为45。?60。。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其将步骤(2)所得的坯体进行烧结处理，具体工艺参数为:升温速率为3°C /min，在50(TC保温2h ;然后升温速率为5°C /min，在1800°C保温6h，最终形成A1/A1203复相陶瓷棒作为喷涂原材料。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其在步骤(4)对待修复或加工的基体进行预热前，对待修复或加工的钢基体进行清洗去油污，并进行喷砂处理；然后对钢基体进行预热，控制基体温度在100?200°C之间。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其所述的基体是钢基体或铝基体。如上所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其、所述的Al、Al 203、S12、B2O3粉末，均纯度>99%，粒度为I?10 μ m。本专利技术的效果在于:采用本专利技术制备的复相陶瓷涂层具有良好的耐腐蚀、耐磨损以及耐高温综合性能，涂层的结合强度超过20MPa ;摩擦系数多1.1 ;经过温度多1800°C，速度多800m/s的燃气流冲刷10s，涂层未发生破坏；自然存放于海洋大气环境中涂层可保证5年不失效。本专利技术AVAl2O3复相陶瓷涂层具有良好的性能，与铝和钢零件基体热膨胀系数较为接近，能良好附着在零件基体表面。铝相具有良好的金属塑性，复相涂层在收到高速强烈冲击作用时，能保持良好的完整性而不至于发生开裂;A1203具有很高的熔点和硬度，不仅可提高涂层抵抗燃气流冲刷的能力，还能提高涂层耐磨损的能力。【附图说明】图1为所制备喷涂态AVAl2O3复相陶瓷涂层表面形貌照片；图2为所制备嗔涂态A1/A1203复相陶替!涂层截面形貌图；【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3作进一步描述。实施例1本专利技术所述的一种火焰喷涂制备AVAl2O3，其包括如下步骤:(I)采用球磨法混合制备均匀的AVAl2O3复合涂层粉体，球磨混料Sh ;所述的AVAl2O3复合涂层粉体包括组分如下:Al，质量百分比为45% ;Al2O3,质量百分比为50% ;B2O3，质量百分比为3% ;S12，质量百分比为1% ；Si，质量百分比为1%;所述的Al、Al203、Si02、B203粉末，均纯度>99%，粒度为I?2μπι。(2)将步骤(I)的AVAl2O3复合涂层粉体、PVA (聚乙烯醇)和PEG (聚乙二醇)混合溶液、甘油、液体石蜡在真空搅拌机中混炼，直到形成泥团，将泥团挤出成型形成坯体；所述的AVAl2O3复合涂层粉体、PVA(聚乙烯醇)和PEG(聚乙二醇)混合溶液、甘油、液体石蜡的配比如下:PVA和PEG混合溶液，质量百分比为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火焰喷涂制备Al/Al2O3多功能涂层的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)采用球磨法混合制备均匀的Al/Al2O3复合涂层粉体；所述的Al/Al2O3复合涂层粉体包括组分如下：Al，质量百分比为(1～95)％；Al2O3，质量百分比为(1～95)％；B2O3，质量百分比为(1～5)％；SiO2，质量百分比为(0～10)％；Si，质量百分比为(0～1)％；(2)将步骤(1)的Al/Al2O3复合涂层粉体、聚乙烯醇和聚乙二醇混合溶液、甘油、液体石蜡在真空搅拌机中混炼，直到形成泥团，将泥团挤出成型形成坯体；所述的Al/Al2O3复合涂层粉体、聚乙烯醇和聚乙二醇混合溶液、甘油、液体石蜡的配比如下：聚乙烯醇和聚乙二醇混合溶液，质量百分比为(10～20)％；甘油，质量百分比为(0.5～1.5)％；液体石蜡，质量百分比为(0.5～1)％；其余为Al/Al2O3复合涂层粉体；(3)将步骤(2)所得的坯体进行烧结处理，先在400～600℃保温1～3h，然后在1600～2000℃保温5～7h，最终形成Al/Al2O3复相陶瓷棒作为喷涂原材料；(4)对待修复或加工的基体进行预热，控制基体温度在100～200℃之间；(5)采用火焰喷涂方法在经步骤(4)处理的基体上，制备复相多功能陶瓷涂层材料，其中喷涂原材料为步骤(3)所得Al/Al2O3复相陶瓷棒。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文波，倪立勇，马康智，杨震晓，吴朝军，杨杰，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11