超音速喷涂碳化钨工艺流程及常用材料

碧天如水

1. 表面预处理

为了使涂层与基体材料很好地结合,基材表面必须清洁及粗糙, 净化和粗化表面的方法很多,方法的选择要根据涂层的设计要求及基材的材质、形状、厚薄、表面原始状况以及施工条件等因素而定.

净化处理的目的是除去工件表面的所有污垢,如氧化皮、油渍、油漆及其他污物, 关键是除去工件表面和渗入其中的油脂. 净化处理的方法有, 溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法及加热脱脂法等.

粗化处理的目的是增加涂层与基材间的接触面, 增大涂层与基材的机械咬合力, 使净化处理过的表面更加活化,以提高涂层与基材的结合强度. 同时基材表面粗化还改变涂层中的残余应力分布,对提高涂层的结合强度也是有利的. 粗化处理的方法有喷砂、机械加工法(如车螺纹、滚花)、电拉毛等。其中喷砂处理是最常用的粗化处理方法，常用的喷砂介质有氧化铝、碳化硅和冷硬铸铁等。喷砂时，喷砂介质的种类和粒度、喷砂时风压的大小等条件必须根据工件材质的硬度、工件的形状和尺寸等进行合理的选择。对于各种金属基体，推荐采用的砂粒粒度约为16－60号砂，粗砂用于坚固件和重型件的喷砂，喷砂压力为0.5－0.7Mpa，薄工件易于变形，喷砂压力为0.3－0.4 Mpa。特别值得注意的一点是，用于喷砂的压缩空气一定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。喷涂前工件表面的粗化程度对大多数金属材料来说2.5－13　mmRa就够了。随着表面粗糙度的增加涂层与基体材料的结合增强，但是当表面粗糙度超过10mmRa后，涂层结合强度的提高程度便会减低。

   对于一些与基材粘结不好的涂层材料, 还应选择一种与基体材料粘结好的材料喷涂一层过渡层,称为粘结底层,常用作粘结底层的材料有Mo、NiAl、NiCr及铝青铜等.粘结底层的厚度一般为0.08－0.18mm。

2.预热

预热的目的是为了消除工件表面的水分和湿气, 提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度, 以提高涂层与基体的结合强度；减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的涂层开裂.预热温度取决于工件的大小、形状和材质,以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素,一般情况下预热温度控制在60 - 120 ℃之间.

3.喷涂

喷涂采用何种喷涂方法进行喷涂主要取决于选用的喷涂材料、工件的工况及对涂层质量的要求。例如，如果是陶瓷涂层，则最好选用等离子喷涂；如果是碳化物金属陶瓷涂层则最好采用高速火焰喷涂；若是喷涂塑料则只能采用火焰喷涂；而若要在户外进行大面积防腐工程的喷涂的话，那就非灵活高效的电弧喷涂或丝材火焰喷涂莫属了。总之，喷涂方法的选择一般来说是多样的，但对某种应用来说总有一种方法是最好的。

   预处理好的工件要在尽可能短的时间内进行喷涂,喷涂参数要根据涂层材料、喷枪性能和工件的具体情况而定,优化的喷涂条件可以提高喷涂效率、并获得致密度高、结合强度高的高质量涂层.

4.涂层后处理

喷涂所得涂层有时不能直接使用, 必须进行一系列的后处理. 用于防腐蚀的涂层,为了防止腐蚀介质透过涂层的孔隙到达基材引起基材的腐蚀,必须对涂层进行封孔处理. 用作封孔剂的材料很多,有石腊、环氧树脂、硅树脂等有机材料及氧 化物等无机材料, 如何选择合适的封孔剂,要根据工件的工作介质、环境、温度及成本等多种因素进行考虑对于承受高应力载荷或冲击磨损的工件,为了提高涂层的结合强度,要对喷涂层进行重熔处理(如火焰重熔、感应重熔、激光重熔以及热等静压等), 使多孔的且与基体仅以机械结合的涂层变为与基材呈冶金结合的致密涂层.有尺寸精度要求的,要对涂层进行机械加工. 由于喷涂涂层具有与一般的金属及陶瓷材料不同的特点, 如涂层有微孔,不利于散热；涂层本身的强度较低,不能承受很大的切削力；涂层中有很多硬的质点,对刀具的磨损很快等,因而形成了喷涂涂层不同于一般材料的难于加工的特点.所以必须选用合理的加工方法和相应的工艺参数才能保证喷涂层机械加工的顺利进行和保证达到所要求的尺寸精度.

1. 氧乙炔火焰喷涂(焊)

   是最早的一种喷涂方法。它是利用氧和乙炔的燃烧火焰将粉末状或丝状、棒状的涂层材料加热到熔融或半熔融状态后喷向基体表面而形成涂层的一种方法。它具有设备简单、工艺成熟、操作灵活、投资少、见效快的特点。它可制备各种金属、合金、陶瓷及塑料涂层, 是目前国内最常用的喷涂方法之一。但是, 由该方法制备的涂层孔隙度较大, 与基体材料的结合强度也较低。但是, 对于自熔合金而言,如若采用燃烧火焰将其一次喷融或将喷涂层进行 二次重熔(有火焰重熔、感应重熔和炉熔等)的方法则称为喷焊, 喷焊涂层由于与基体材料呈冶金结合状态,因而与基体材料的结合强度大大提高,可以应用于冲击大、负荷重的工况下,如连续铸造拉矫辊、热轧矫直辊表面采用镍基自熔合金喷焊涂层进行强化,

均获得了十分良好的耐蚀、耐磨和抗热疲劳的强化效果.

火焰喷焊常用三种材料

类型名称	Ni55	Ni60	Deloro60
适用温度	＜650℃	＜650℃	＜650℃
涂层特性	耐腐蚀、耐磨损	耐腐蚀、耐磨损	耐腐蚀、耐磨损
涂层硬度	HRc-55	HRc-59±3	HRc-59±3
Ni55材料成分	C-0.75 Cr-15.5 Si-4 Fe14 Mo-3 Ni-Bal(余量) B-3
Ni60材料成分	C-0.8 Cr-15.5 Si-4 W-3 Fe-15 Mo-3 Ni-Bal(余量) B-3.5
Deloro60	C-0.65 Cr-15 Si-4.3 Fe-4 Mo-0.1 Ni-Bal(余量) Mn-0.1 B-2.2
涂层附着力	冶金结合

2. 高速火焰喷涂(HVOF)

   高速火焰喷涂（或称超音速火焰喷涂）是20世纪80年代出现的一种高能喷涂方法, 它的开发是继等离子喷涂之后热喷涂工业最具创造性的进展。虽然高速火焰喷涂方法可喷涂的材料很多, 但由于其火焰含氧少温度适中,焰流速度很高,能有效地防止粉末涂层材料的氧化和分解, 故特别适合碳化物类涂层的喷涂。该设备发展到第三代, 性能有了大幅度的提高, 例如JP8000、JP-5000、DJ - 2700等设备其室压达到8 -12 bar,功率达到100 -120 kw, 喷涂效率可达10 kg / h ( WC -Co), 涂层厚度可达数mm, 涂层性能已能达到爆炸喷涂的水平。在许多工业部门获得广泛的应用.如航空发动中的耐磨涂层、造纸机械用的镜面涂层等.近年来,由于电镀铬工艺的环境污染问题,电镀铬工业在一些工业发达国家受到严格的限制,并逐渐被淘汰, 采用高速火焰喷涂涂层代替镀铬层的应用越来越受到工业界的关注和重视.

超音速喷涂常用三种材料

	WC-Co	WC-Co-Cr	Cr 3C2-NiCr
类型名称	钴包碳化钨	钴铬包碳化钨	镍铬包碳化铬
典型粉末	WC 88%~ Co 12%	WC86%10%Co4%Cr	Cr3C2 75%- NiCr 25%
适用温度	＜500℃	＜500℃	540℃~871℃
涂层特性	高硬度、高耐磨、耐腐蚀	高硬度、耐磨、耐腐蚀	耐高温、耐腐蚀、抗高温氧化、耐磨损
涂层硬度	HV 1000~1400,	HV950~1400	HRC 53~57
涂层附着力	78 MPa

超音速喷涂（特殊耐高温金属材料）

类型名称	碳化铬-钴镍铬铝钇
典型粉末
适用温度	＜1000℃
涂层特性	高硬度、耐磨、耐腐蚀
涂层硬度	HV
涂层附着力	78 MPa

   超音速喷涂碳化钨主要为机械设备零部件的表面处理，具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、抗高压、抗氧化之特点，使每个零件都能更长时间在不同“岗位”上运作,热喷涂技术广泛应用于工业界，如阀门零部件，泵行业零部件,压缩机行业,石油化工配件，造纸行业零部件,汽车耐磨部件,密封件,航空发动机,化纤机械零部件,拉丝行业,钢铁行业,橡胶行业等。