[发明专利]一种抗磨损抗腐蚀的复合功能涂层有效

专利信息
申请号: 201310741273.7 申请日: 2013-12-27
公开(公告)号: CN103695832A 公开(公告)日: 2014-04-02
发明(设计)人: 李淑青;李其连;马国佳;王达望;周海滨 申请(专利权)人: 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所
主分类号: C23C4/04 分类号: C23C4/04
代理公司: 中国航空专利中心 11008 代理人: 李建英
地址: 100024*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 磨损 腐蚀 复合 功能 涂层
【说明书】:

技术领域

发明属于热喷涂涂层技术领域,涉及一种既抗磨损又抗腐蚀的复合功能涂层。

背景技术

利用热喷涂工艺在部件表面制备防护涂层以延长部件的使用寿命是表面工程的一个重要分支。

许多工业及武器装备的工作环境十分恶劣,很多关键部件要经受磨损、腐蚀、高温等的综合作用。例如舰载机拦阻钩、滑轨等部件,既要承受磨损力的作用,又要经受海洋盐雾的腐蚀作用,其检修和更换周期短,成本高,由此所导致的部件失效不仅会造成巨大的经济损失,而且影响国家安全。因此高性能复合功能涂层的制备与发展更是成为涂层研究的热点。

但传统的热喷涂工艺沉积机理决定了它们所制备的涂层与基体间为机械结合,涂层间为层状叠加结构,因此即使采用不同的热喷涂工艺,提高其喷涂速度,增大喷涂功率,将粉末细化等措施,涂层的性能也只是量级的提高,而无法实现质的飞跃,因此单一的热喷涂工艺在很多情况下已经不能满足部件对高性能涂层的需求。

其次,喷涂材料方面,目前对于复合功能喷涂材料的研究成为热点,但由于传统热喷涂涂层本身孔隙率高、层状结构等特点,研究耐蚀性能喷涂材料的很少,对于耐磨损耐腐蚀复合功能喷涂材料更少有报道。

传统热喷涂涂层内部为层状叠加结构,涂层界面与基体界面间及涂层内部组织为机械结合,因此涂层都存在着因机械结合、层状叠加结构所导致的结合强度低,易剥落失效的缺点,严重影响了涂层防护性能的发挥以及涂层的使用寿命;另外涂层孔隙率高、裂纹多,这些会加速涂层的局部腐蚀,使得涂层抗腐蚀性能很差。

若在喷涂过程中,喷涂材料能受热熔融地更加充分、实现涂层结合力和致密性大幅度提升;若喷涂材料沉积生成的涂层又能提供很好的抗磨损硬质相和抗腐蚀相,则涂层抗磨损和抗腐蚀性能将有一个大的飞跃。因此,喷涂工艺的改进也是研究者们追求的目标。

目前,针对抗磨损抗腐蚀复合功能涂层,研究的热点主要围绕材料和工艺进行。例如:

1.喷涂材料粒子的细化处理

为提高涂层的耐磨损耐腐蚀性能、提高涂层结合力、组织致密性等,采用对喷涂粒子进行微米化、纳米化处理。而材料的纳米化会带来粉末粒子易团聚、颗粒流动性差、喷涂性差等缺点。另外,一般纳米级粉末制备过程为雾化-烧结-破碎,工艺过程复杂化,使喷涂粉末成本提高而且制备周期变长等。

2、喷涂涂层结构上的设计

为提高涂层与基体间结合力、提高涂层抗腐蚀性能等,通常在基体与面层间采用合金粉末喷涂打底层,然后再喷涂目标涂层的面层,利用中间层与基体和面层间的良好浸润性,最终达到增加涂层与基体间结合力的目的。但中间层实质上增加了涂层的界面,杂质或腐蚀介质易侵入,反而成为薄弱处,易产生氧化生长物从而导致涂层剥落失效。

3、喷涂工艺上的改进--提高喷涂速度及增大喷涂功率

此改进方法可以在一定程度上提高涂层的结合强度和组织致密性,但不能够实现涂层本质的飞跃,剥落失效仍然强烈影响着涂层的服役寿命。另外,设备喷涂功率提高以后,一方面喷涂粉末可加热到更高温度,另一方面,也容易发生粉末过热、分解等现象,影响涂层成分和性能的发挥。

4、采用喷涂后处理

喷涂后激光重熔,使涂层与基体实现冶金结合,增加涂层致密性,增强其结合力和耐腐蚀、耐磨损等性能。激光重熔可实现冶金结合和致密涂层的目的,但因其需要熔透整个涂层故所需能量很高,涂层材料易被烧损,失去了喷涂材料原有的优异性能,易产生较大的残余应力以及较多的裂纹孔洞,最终导致涂层性能下降且易剥落失效;另外,由于其需要在喷涂完毕后再进行激光重熔加工,故相当于延长了涂层的制备周期,且重熔参数较难控制。

喷涂后涂层采用热等静压、热烧结等热处理工艺可实现涂层的冶金结合,大大提高涂层的致密性和结合强度,然而,加热过程中对于涂层成分的影响较明显,可导致涂层成分受热分解、过热烧损等,从而影响涂层的性能发挥和使用寿命。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在缺点而设计组合了一种具有抗磨损抗腐蚀性能的热喷涂涂层材料,其目的是利用激光与大气等离子复合喷涂方法制备出了具有高结合强度、高耐磨损耐腐蚀的复合功能涂层。

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