[发明专利]等离子喷焊制备合金陶瓷复合涂层的方法及等离子喷焊枪

说明书

本发明公开了一种复合涂层的制造方法，尤其是一种等离子喷焊制备合金陶瓷复合涂层的方法，具体工艺包括：首先预处理基体表面、合金粉末和陶瓷颗粒；然后利用设计的等离子喷焊枪将合金粉末和陶瓷颗粒熔覆在基体表面，如此形成金属‑陶瓷复合材料强化层；在进行等离子喷焊时，将合金粉末直接输送到等离子体转移弧电弧中，合金粉末在电弧中快速熔化成液态并下落至基体表面形成熔池；陶瓷颗粒输送至等离子喷嘴外部，在等离子体转移弧弧柱外部下落至熔池中。本发明使陶瓷颗粒和弧柱在保持一定距离的状态下落入熔化的合金粉末形成的熔池中，可以有效避免电弧高温对陶瓷颗粒造成的氧化、脱碳等有害影响。

技术领域

本发明涉及一种复合涂层的制造方法，尤其是一种等离子喷焊制备合金陶瓷复合涂层的方法。此外，本发明还涉及一种等离子喷焊枪。

背景技术

和常规金属材料相比，采用陶瓷颗粒增强的金属-陶瓷复合材料具有更好的硬度以及耐磨性。碳化钨(WC)由于具备较高的硬度(HV1700)、熔点(2870℃)以及良好的浸润性，常常被添加到镍基、铁基以及钴基合金基体中，制成金属-陶瓷复合强化层，大量应用于水电、火电、钢铁、矿山、冶金及石油开采装备上，以提高工作面抵御高温冲击、磨粒磨损的能力。常用的制备方法有烧结以及堆焊，和烧结工艺相比，堆焊工艺对WC颗粒尺寸以及基体尺寸限制较少，易于操作，在耐磨场合中得到了更广泛的应用。常用的堆焊工艺有手工氩弧堆焊、火焰堆焊、埋弧堆焊、等离子喷焊等，其中等离子喷焊工艺由于使用粉末状填充材料，稀释率低，更适合制备高WC含量的金属-WC复合材料强化层。

传统的等离子喷焊枪只具有一个送粉通道，从送粉器输送出来的粉末(可以是合金粉末、陶瓷粉末或两者的混合物)在送粉气吹动下，通过枪体内的送粉通道流动至喷嘴，在喷嘴压缩孔道内直接进入电弧(称为内送粉)，或是流出喷嘴后，在喷嘴外部飞行一段距离后再进入弧柱(称为外送粉)。采用传统的单路送粉等离子喷焊枪制备镍基合金-碳化钨复合材料耐磨强化层时，WC颗粒先和作为粘接相的镍基合金粉末按一定比例混合，同时输送至等离子体电弧弧柱中，由于弧柱温度很高(高达8000-10000℃)，WC颗粒温度急剧升高，表面氧化、分解、脱碳现象严重，导致WC颗粒烧损，硬度显著下降，起不到耐磨作用，小颗粒的WC颗粒甚至完全熔化在熔池中，对强化层韧性产生不利影响。为控制WC颗粒温度，有必要采用单独输送WC颗粒的送粉方式，以消除电弧高温对WC颗粒性能的损伤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种避免陶瓷颗粒烧损的等离子喷焊制备合金陶瓷复合涂层的方法。

本发明解决其技术问题所采用的等离子喷焊制备合金陶瓷复合涂层的方法，首先预处理基体表面、合金粉末和陶瓷颗粒；然后利用等离子喷焊枪将合金粉末和陶瓷颗粒熔覆在基体表面，如此形成金属-陶瓷复合材料强化层；在进行等离子喷焊时，将合金粉末直接输送到等离子转移弧弧柱中，合金粉末在电弧中快速熔化成液态并下落至基体表面形成熔池；陶瓷颗粒输送至等离子喷嘴外部，在等离子转移弧弧柱外部下落至熔池中。

进一步的是，在预处理基体表面时，采用机加工、喷砂、喷丸、打磨的方式去除基体表面的氧化皮、铁锈、油漆。

进一步的是，在预处理合金粉末和陶瓷颗粒时，将合金粉末及陶瓷颗粒烘干，待其冷却至室温后装入独立的合金粉末送粉器以及独立的陶瓷颗粒送粉器。

进一步的是，所述合金粉末为镍基合金粉末、铁基合金粉末或钴基合金粉末。

进一步的是，所述陶瓷颗粒为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳氮化物陶瓷、硼化物陶瓷或氧化物陶瓷。