一种大气等离子体喷涂法制备细晶钨、钼涂层的方法技术

本发明专利技术是一种大气等离子体喷涂法制备细晶钨、钼涂层的方法，是通过对超细钨粉及钼粉进行造粒处理，喷涂过程中布置保护气幕，采用大气等离子体喷涂技术制备细晶粒钨、钼涂层。其工艺为：选择粒度为３０ｎｍ至３０μｍ的钨粉、钼粉或平均粒径为１５－３０μｍ的羰基钨粉烘干后备用；喷涂基体采用无氧铜、铜合金或不锈钢板。使用大气等离子体喷涂设备进行喷涂，设备功率２７ｋＷ－４０ｋＷ之间；采用氩气为喷涂主气；氢气为喷涂辅气。本发明专利技术的优点在于：本发明专利技术的方法制备得到的细晶粒钨、钼涂层气孔率较低，有较好的力学性能和抗热冲击性，适于机械部件的耐磨表面保护层，耐高温等离子体冲刷部件，如核聚变装置中的第一壁材料等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高熔点金属和等离子喷涂涂层
，特别是提供了一种利用大气等离子体喷涂法制备细晶粒钨、钼涂层的方法。
技术介绍
本专利技术涉及大气等离子体喷涂钨、钼涂层。它具有高熔点、高强度、高硬度和高耐 磨性的优点，此外，它的热膨胀系数小、抗蚀性和抗氧化性能好以及导电导热性能好，因此 在尖端科学领域、国防工业和民用工业中都已得到了非常广泛的应用。如用作汽车工业中 作为汽车零件的表面耐磨保护层，核聚变装置中面向等离子体的装甲材料等。目前制备钨、钼涂层的常用方法主要有化学气相沉积、物理气相沉积以及等离子 喷涂等。相比较化学气相沉积技术和物理气相沉积技术，等离子喷涂技术具有独特的优势 操作简单易行，沉积效率高，易于制备厚涂层，而且还易于对受损涂层进行原位修复。因此， 利用等离子喷涂技术制备钨、钼涂层作为耐磨耐高温涂层，聚变堆中面向等离子材料受到 广泛的关注。目前制备钨、钼涂层所采用的喷涂钨、钼粉原料均采用粒度为几十微米以上的粉 末，所制备的钨、钼涂层还存在一些不足如涂层的气孔率较高，和基体的结合问题，热冲击 性能问题等。由于喷涂过程中钨、钼容易氧化，目前主要采用真空或低压等离子体喷涂技 术，喷涂操作复杂，成本高。细晶粒(纳米结构)涂层由于其独特的物理、化学特性引起了人们越来越广泛的 关注。纳米材料具有独特的结构和优异的性能，可以使机件的服役性能大大提高。研究结 果表明，细晶粒(纳米结构)涂层可使涂层的拉伸强度、屈服极限、抗蚀、抗高温作用和抗接 触疲劳性能大幅度提高。例如美国纳米材料公司通过特殊的粘接处理制成了专用热喷涂纳 米粉，用等离子喷涂方法获得了纳米结构的ΑΙ203/ 02涂层，致密度达95 98%，结合强 度比传统的喷涂粉末涂层提高2 3倍，耐磨性提高3倍。超细(纳米)表面技术目前还没有报道应用于钨、钼涂层的制备，以及在聚变堆中 面向等离子体材料的应用。本专利技术的目的是根据用作核聚变堆面向等离子体部件的工作特 点及性能要求，采用超细钨、钼粉或羰基钨粉作为原料通过大气等离子体喷涂技术获得高 性能的细晶粒钨、钼涂层。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，具 体工艺步骤为a、原料的准备以040mmX8mm的无氧铜圆片、或铜合金片、或不锈钢片为喷涂 基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。选择粒度为 30nm 30 μ m的钨粉和钼粉，或平均粒径为15-30 μ m的羰基钨粉。喷涂前粉末在100°C条 件下烘干30min，以避免喂粉过程中的团聚和送粉管堵塞。b、喷涂使用大气等离子体喷涂的设备，设备的功率27KW-40KW。采用氩气为喷 涂主气；氢气为辅气，以提高喷涂功率并防止涂层基体氧化；送粉方式采用内送粉，以提高 熔化效率，抑制氧化。喷涂工艺参数为电弧电压60-70V，电弧电流450-600A，主气采用 氩气，流量为40-50L/min，氢气流量为4-7L/min，送粉速率为15-30g/min，喷涂距离约为 100-120mm。所述喷涂设备包括电源、喷涂工作台、电气控制系统、喷枪、输气管、氩气瓶、送粉 器、气路、和水路系统等部分组成，在所述喷涂工作台周围布置喷气管，并由输气管连接至 氩气瓶，以便在喷涂过程中在喷涂基体周围喷入具有一定压力的氩气，使得基体和涂层处 于氩气保护下，旨在防止基材过热，同时也避免喷涂过程中基材和涂层的氧化。当所述钨粉或钼粉的粒度在ΙΟμπι以下时，需要对其预先进行造粒，采用压制破 碎筛分或预烧破碎筛分的方法进行造粒，以提高其流动性。本专利技术的优点在于通过对超细钨粉及钼粉进行造粒处理，喷涂过程中布置保护 气幕，采用大气等离子体喷涂技术制备细晶粒钨、钼涂层。制备得到的细晶粒钨、钼涂层气 孔率较低，有较好的力学性能和抗热冲击性，适于机械部件的耐磨表面保护层，耐高温等离 子体冲刷部件，如核聚变装置中的第一壁材料等。具体实施例方式实施例1以16 μ m钨粉为喷涂原料制备的钨涂层。以040mmX8mm的无氧铜圆片为喷涂基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清 洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为16 μ m的钨粉在100°C条件下烘干30min后，采用 大气等离子体喷涂技术喷涂到无氧铜基体上，大气等离子体喷涂设备的功率35KW，送粉方 式采用内送粉。喷涂工艺使用的电弧电压为70V，电弧电流为500A，采用氩气为喷涂主气， 氢气为辅气，氩气流量为45L/min，氢气流量为6L/min ；送粉速率为25g/min，喷涂距离约为 120mm，涂层厚度为1mm，所得涂层样品测得气孔率为4. 5%，显微硬度为276. 80HV。涂层的 结合强度为27MPa。实施例2以28 μ m钨粉为喷涂原料制备的钨涂层。以040mmX8mm的无氧铜圆片为喷涂基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为28 μ m的钨粉在100°C条件下烘干30min后，采用 大气等离子体喷涂技术喷涂到无氧铜基体上，大气等离子体喷涂设备的功率35KW，送粉方 式采用内送粉。喷涂工艺使用的电弧电压为70V，电弧电流为500A，采用氩气为喷涂主气， 氢气为辅气，氩气流量为45L/min，氢气流量为6L/min ；送粉速率为25g/min，喷涂距离约为 100mm，涂层厚度为1. 5mm，所得涂层样品测得气孔率为7. 5%，显微硬度为245. 20HV。涂层 的结合强度为35MPa。实施例3以0. 2 μ m钨粉为喷涂原料制备的钨涂层。以040mmX8mm的无氧铜圆片为喷涂基体，经过喷砂预处理，再经酒精或丙酮清 洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为0. 2μπι的钨粉进行预烧破碎造粒，在100°C条件下烘干30min后，采用大气等离子体喷涂技术喷涂到无氧铜基体上，大气等离子体喷涂 设备的功率32. 5KW，送粉方式采用内送粉。喷涂工艺使用的电弧电压为65V，电弧电流为 500A，采用氩气为喷涂主气，氢气为辅气，氩气流量为45L/min，氢气流量为7L/min ；送粉速 率为25g/min，喷涂距离约为120mm，涂层厚度为0. 5mm，所得涂层样品测得气孔率为3. 2%， 显微硬度为532. 50HV。涂层的结合强度为22MPa。实施例4以50nm钨粉为喷涂原料制备的钨涂层。以cD40mmX8mm的不锈钢圆片为喷涂基体，经过石英喷砂预处理，再经酒精或丙 酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为50nm的钨粉进行压制破碎造粒，在100°C 条件下烘干30min后，采用大气等离子体喷涂技术喷涂到不锈钢基体上，大气等离子体喷 涂设备的功率30KW，送粉方式采用内送粉。喷涂工艺使用的电弧电压为60V，电弧电流为 500A，采用氩气为喷涂主气，氢气为辅气，氩气流量为40L/min，氢气流量为7L/min ；送粉速 率为20g/min，喷涂距离约为100mm，涂层厚度为0. 3mm,所得涂层样品测得气孔率为7%。涂 层的结合强度为12MPa。实施例5 以3 μ m钼粉为喷涂原料制备的钼涂层。以cD40mmX8mm的不锈钢圆片为喷涂基体，经过石英喷砂预处理，再经酒精或丙 酮清洗，从而获得洁净、粗糙的表面。将粒度为3μπι的钼粉进行预烧破碎造粒，采用大气等 离子体喷涂技术喷涂到不锈钢基体上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大气等离子体喷涂法制备细晶钨、钼涂层的方法，其特征在于：其具体工艺为：　　ａ、喷涂原料的准备：选择粒度为３０ｎｍ至３０μｍ的钨粉、钼粉或平均粒径为１５－３０μｍ的羰基钨粉，喷涂前将所选原料粉末烘干后备用；　　喷涂基体采用无氧铜、铜合金或不锈钢板，喷涂前对基体采用喷砂预处理后再用酒精或丙酮清洗；　　ｂ、喷涂：使用大气等离子体喷涂设备进行喷涂，设备功率为２７ｋＷ－４０ｋＷ之间；采用氩气为喷涂主气；氢气为喷涂辅气，以防止涂层氧化；送粉方式采用内送粉方式进行喷涂；在喷涂工作台周围布置喷气管，并由输气管道连接至氩气瓶，使喷涂基体周围喷入具有一定压力的氩气，使基体和涂层处于氩气气氛保护下，起到冷却基体，并防止基体和涂层氧化的作用；喷涂参数为：电弧电压６０－７０Ｖ，电弧电流４５０－６００Ａ，氩气流量为４０－５０Ｌ／ｍｉｎ，氢气流量为４－７Ｌ／ｍｉｎ，送粉速率为１５－３０ｇ／ｍｉｎ，喷涂距离约为１００ｍｍ－１２０ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周张健，宋书香，郭双全，姚伟志，葛昌纯，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]