一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法技术

本发明专利技术涉及一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，包括以下步骤：(1)对金属基体进行喷砂处理；(2)通过高速燃气火焰喷涂在金属基体上沉积抗氧化包覆涂层；(3)对喷砂包覆涂层的表面进行处理，获得一定表面粗糙度和包覆涂层厚度。与现有技术相比，本发明专利技术方法能有效减少包覆涂层在沉积过程中的氧化，避免孔洞和裂纹的产生，达到涂层致密化的作用。这种组织均匀、结构致密的包覆涂层能有效地减少金属离子向界面的扩散速率，同时减少氧气向扩散的通道，从而减缓氧化层生长速率，有效抑制NiO，Cr2O3等混合氧化物在界面形成，有效减少嵌入在基体中的Al2O3颗粒数量，提高界面结合强度。强度。强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法


[0001]本专利技术涉及抗氧化包覆涂层，具体涉及一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法。

技术介绍

[0002]表面涂层处理技术是当今高端装备再制造行业不可或缺的工艺手段，用于制备高性能抗氧化，耐腐蚀等涂层。目前表面涂层处理技术使用最为广泛的领域是航空发动机和地面燃气轮机的热端部件(燃烧室，涡轮叶片)，通过在热端部件表面沉积热障涂层达到隔热、抗氧化目的，从而提高部件使用寿命。热障涂层结构分为两部分，首先是低热导的陶瓷层，主要是材料是6～8wt％Y2O3稳定ZrO2。在陶瓷层和金属基体之间有一层金属粘结层，粘结层目前主要由包覆涂层组成，成分为MCrAlY(其中M＝Ni,Fe,Co)，主要用于减少陶瓷隔热层和金属基体之间的热膨胀系数不匹配，以及在粘结层与陶瓷界面形成连续致密的Al2O3层，为基体提供有效的抗氧化性能。
[0003]但热障涂层的剥落现象仍然存在，且主要是由粘结层氧化速率过快所引发的氧化层应力增加所导致。目前所采用的大气等离子喷涂技术制备包覆涂层的过程中，存在火焰温度高，速度慢的缺点。该技术制备的涂层组织结构较为疏松，且会出现一定程度的氧化，导致在高温服役过程中氧化层生长速率加快，造成热障涂层的过早失效。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服大气等离子喷涂过程中存在的缺陷而提供一种通过高速燃气火焰喷涂技术制备抗氧化包覆涂层的方法，从而获得成本低、效率高、结构致密，成分均匀的包覆涂层，从而降低氧化层生长速率。
>[0005]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0006]一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，采用以下步骤：
[0007](1)对金属基体进行喷砂处理；
[0008](2)通过高速燃气火焰喷涂在金属基体上沉积抗氧化包覆涂层；
[0009](3)通过喷砂包覆涂层的表面进行处理，获得一定的表面粗糙度和包覆涂层厚度；
[0010]本专利技术通过高速燃气火焰喷涂技术，制备出厚度可控，成分均匀、结构致密，氧化程度低的抗氧化包覆涂层，对延长热障涂层寿命有非常大的应用和研究价值。
[0011]优选地，步骤(1)中通过高速燃气火焰喷涂进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为60
‑
80目。喷枪与金属基体间距离为180～200mm，喷枪移动速度为500～1000mm/s，送砂转速8～10r/min，丙烷压力为85
‑
90PSI，空气压力为90～95PSI，氢气压力15～20PSI，氮气压力20～30PSI。表面粗糙度Ra为1～10μm
[0012]优选地，步骤(1)中金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为30～60
°
，喷涂间距指喷枪枪口延长线至金属表面的距离，喷涂过程中喷涂间距保持不变，如图1所示。
[0013]优选地，步骤(2)中所述的包覆涂层的成分为MCrAlY，其中M为Ni或Co中的一种或
两种。
[0014]优选地，步骤(2)中通过高速燃气火焰喷涂技术沉积金属粉末，喷涂前先预热1～2次，金属基体的温度控制在100～200℃，喷枪与金属基体间距为180～200mm，喷枪移动速度为500～1000mm/s。送粉转速5
‑
7r/min，丙烷压力为70～80PSI，空气压力为80
‑
90PSI，氢气压力15～20PSI，氮气压力20～30PSI。
[0015]优选地，步骤(2)中金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为90
°
，喷枪沿Z轴方向步进为2～4mm，每走完一遍金属基体表面为1道次，喷涂5
‑
10道次。如图3所示。
[0016]优选地，步骤(3)中通过高速燃气火焰喷涂对涂层进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为180
‑
200目。喷枪与涂层表面间距为200～250mm，喷枪移动速度为500
‑
800mm/s，送砂转速8～10r/min，丙烷压力为85
‑
90PSI，空气压力为90～95PSI，氢气压力15～20PSI，氮气压力20～30PSI。
[0017]优选地，步骤(3)中金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为90
°
。
[0018]优选地，步骤(3)处理后的金属包覆涂层的厚度为200～400μm，表面粗糙度Ra为1～10μm。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]通过高速燃气火焰喷涂技术制备包覆涂层过程中，火焰温度低，能有效地减少包覆涂层在沉积过程中的氧化。其次由于喷涂速度快，熔融粉末可以快速撞击在基体上，因此可以避免孔洞和裂纹的产生，达到涂层致密化的作用。这种组织均匀、结构致密的包覆涂层能有效地减少金属离子向界面的扩散速率，同时减少了氧气向扩散的通道，从而减缓氧化层生长速率，并且有效抑制NiO，Cr2O3等混合氧化物在界面形成。同时，由于对金属基体采用非垂直喷砂方式，可以有效减少嵌入在基体中的Al2O3颗粒数量，因此可以提高界面结合强度。
附图说明
[0021]图1为喷砂时喷枪与金属基体俯视图；
[0022]图2为包覆涂层制备时喷枪与金属基体俯视图；
[0023]图3为包覆涂层制备时喷枪与金属基体正视图，水平向箭头所指为喷枪部分运动路径，每按该路径运动完一次外部矩形视为完成一道次喷涂；
[0024]图4为包覆涂层截面示意图，图中：1
‑
金属基体；2
‑
包覆涂层；
[0025]图5为不同喷涂方式制备的包覆涂层截面图；
[0026]图6为1100℃氧化100小时后实施例1和对比例1表面氧化膜剥落图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0028]实施例1
[0029](1)首先用高速燃气火焰喷涂技术对金属基体进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为60
‑
80目。喷枪与金属基体间距为180mm，喷枪移动速度为500mm/s，送砂转速8r/min，丙烷压力为85PSI，空气压力为90PSI，氢气压力20PSI，氮气压力20PSI。金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为30
°
，如图1所示。
[0030](2)采用高速燃气火焰喷涂时，先对金属预热1次，金属基体的温度控制在200℃以下，喷枪与金属基体距离为200mm，喷枪移动速度为1000mm/s。送粉转速5r/min，丙烷压力为80PSI，空气压力为87PSI，氢气压力18PSI，氮气压力20PSI。金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为90
°
，如图2所示，喷枪沿Z轴的步进为2mm，喷涂道次为8道次，如图3所示。
[0031](3)为获得表面粗糙度均匀的包覆涂层，通过高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对金属基体进行喷砂处理；(2)通过高速燃气火焰喷涂在金属基体上沉积抗氧化包覆涂层；(3)对喷砂包覆涂层的表面进行处理，获得一定表面粗糙度和包覆涂层厚度。2.根据权利要求1所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(1)通过高速燃气火焰喷涂对金属基体进行喷砂处理，使表面粗糙度Ra为1～10μm。3.根据权利要求2所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(1)喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为60
‑
80目。4.根据权利要求2所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(1)喷枪与金属基体间距离为180～200mm，喷枪移动速度为500～1000mm/s，送砂转速8～10r/min，丙烷压力为85
‑
90PSI，空气压力为90～95PSI，氢气压力15～20PSI，氮气压力20～30PSI。5.根据权利要求2所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(1)中金属基体所在平面与喷枪枪口延长线夹角为30～60
°
。6.根据权利要求1所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的包覆涂层的成分为MCrAlY，其中M为Ni或Co中的一种或两种。7.根据权利要求1所述的一种高速燃气火焰喷涂制备抗氧化包覆涂层的方法，其特征在于，步骤(2)中通过高速燃气火焰喷涂沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘轩溱，罗丽荣，赵晓峰，陆杰，倪娜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：