[发明专利]一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射制备的设备及方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射制备的设备及方法，属材料表面改性技术领域；所述设备包括等离子熔覆机构、后送粉机构、工作台、金属基基材，所述方法包括以下步骤：1)采集等离子重熔过程的热像仪图像；2)提取红外热像仪图像温度分布并计算等离子重熔注射工艺的陶瓷颗粒最佳注射位置；3)通过等离子重熔注射法制备陶瓷增强金属基复合涂层，以较低的热量输入融化并重新凝固材料表面，并在熔化过程中精确控制后送粉铜管的位置与角度并注入陶瓷增强颗粒。本发明的有益效果是避免陶瓷颗粒在制备过程的沉底与热分解现象，并有效减小涂层的残余应力与开裂倾向，使陶瓷颗粒对涂层表面性能的提升作用显著增强。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，具体涉及一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射制备的设备及方法。

背景技术

传统的耐磨耐腐蚀性能的涂层材料强度与韧性倒置是难以克服的矛盾，与传统单一合金涂层相比，陶瓷增强金属基复合涂层不仅具有较高的韧性、良好的塑性和相对较低的金属材料成本，而且具有较高的硬度和强化相优异的耐磨性和耐腐蚀性。这些优异的性能使陶瓷增强金属基复合涂层在一些使用条件恶劣的机械部件上具有广阔的应用前景。等离子电弧被认为是一种绿色高效的热源，在表面改性、尺寸恢复等领域有着广泛的应用，在制造或再制造大型零部件时，高效率、低消耗的等离子弧热源可以在零件表面制备合金涂层，从而满足行业生产率和能源效率的经济要求。然而现有以等离子弧为热源的几种制备陶瓷增强金属基复合涂层的方法还存在以下技术瓶颈。

目前，主要利用等离子熔覆技术或等离子熔注技术制备陶瓷增强金属基复合涂层，由送粉方式不同可以具体分为两类，第一种是同轴送粉方式，将陶瓷粉末与金属基粉末混合或者单独将陶瓷粉末进行同轴送粉，直接形成陶瓷增强金属基复合涂层。由于混合粉末中陶瓷颗粒在进入熔池之前通过高能量等离子弧直接加热，不可避免地导致了颗粒的燃烧和溶解，减弱表面强化效果，陶瓷颗粒溶解释放的元素与金属基体中的合金元素相结合，形成多类团聚脆性相，增加了复合涂层的开裂倾向和潜在脆性断裂风险。第二种外送粉方式，在等离子熔覆技术制备金属基合金涂层或者等离子熔注技术在金属基体上形成熔池的同时，在熔池尾部注入陶瓷颗粒，该方法在避免了陶瓷与等离子弧的直接接触，因此在一定程度上减小了陶瓷颗粒的分解，但陶瓷颗粒在高温熔池内的分解问题和偏聚现象依然严重。增强颗粒与金属基复合材料的密度往往差异较大，在制备过程中增强颗粒容易在涂层中偏聚，进一步增大了热膨胀系数的差值，加剧了涂层开裂问题。

发明内容

以上问题的存在导致等离子熔覆或等离子熔注技术制备陶瓷颗粒增强金属基复合涂层的工业化应用受到一定限制，为解决上述问题，本发明提供了一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射的制备方法，本发明还同时提供了一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射的制备设备。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射制备的设备，其特征在于：包括等离子熔覆机构、后送粉机构、工作台、金属基基材，所述金属基基材设置于所述工作台上，所述等离子熔覆机构包括等离子枪、等离子发生器，所述等离子枪设置于金属基基材上方，并与等离子发生器相连接，所述等离子发生器用于产生等离子弧，所述等离子弧作用于金属基基材，并在所述金属基基材表面产生熔池；

所述后送粉机构包括后送粉铜管、后送粉送粉器、可调连接机构，所述后送粉铜管通过方位可调连接机构连接于所述等离子枪上，所述后送粉送粉器与所述后送粉铜管相连接并通过后送粉铜管向熔池中输送陶瓷颗粒。

进一步地，所述的一种陶瓷增强复合涂层等离子重熔注射制备的设备，其特征在于：所述方位可调连接机构包括横向可调连接件、纵向可调连接件、角度可调连接件，所述横向可调连接件一侧通过不锈钢喉箍与所述等离子枪连接，所述横向可调连接件另一侧设置有横向滑槽，所述纵向可调连接件设置有纵向滑槽，所述横向可调连接件的横向滑槽与纵向可调连接件的纵向滑槽通过螺栓连接，所述纵向可调连接件一端设置有螺纹孔，所述角度可调连接件通过螺纹钉与纵向可调连接件的螺纹孔连接，所述角度可调连接件通过不锈钢喉箍与所述后送粉铜管连接。