[发明专利]在零件内表面热喷涂可控成分与结构涂层的致密化制备方法

摘要

一种在零件内表面热喷涂可控成分与结构涂层的致密化制备方法，属于材料表面工程技术领域。在大气环境下，采用气氛保护热喷涂系统对金属零件孔、槽等几何结构内表面实施斜入射喷涂制备陶瓷‑金属复合涂层，对粒度范围5‑100μm原料粉末进行金属包覆预处理、形成喷涂用包覆复合粉末，金属包覆层厚度0.1‑5μm、连续致密且其成分与原料粉末的金属相相同或接近，喷涂时保护气体输送装置引入氮气或氩气，制备出与喷涂粉末成分及相结构一致性好、孔隙缺陷少、结合强度高的内表面热喷涂涂层。该方法抑制喷涂粉末的氧化及分解，减少氧化及分解反应气相产物和改善喷涂粉末表面熔化状态、促进沉积致密化，满足零件孔、槽等内表面涂层的制造需求。

主权项

一种在零件内表面热喷涂可控成分与结构涂层的致密化制备方法，其特征是：所述方法采用以下步骤：1)采用配备高速火焰喷涂设备的气氛保护热喷涂系统，根据零件孔、槽几何结构内表面形状及尺寸设定喷涂入射角，喷涂入射角为喷枪火焰喷射方向与零件待沉积表面之间的夹角，调节范围为20‑90度角，采用保护气体输送装置对喷涂涂层沉积过程进行气氛保护；2)喷涂沉积前，对零件内表面去除油污和杂质，并进行喷砂或磨粒打磨处理获得洁净、粗糙化的表面；3)向高速火焰喷涂设备装载用于喷涂的烘干处理的包覆复合粉末，原料粉末初始粒径范围为5‑100μm，包覆层厚度范围0.1‑5μm；4)打开保护气体输送装置的控制阀门输送保护气体，所用保护气体为惰性的氮气或氩气，将保护气体喷射到喷涂粒子飞行及沉积作用区域，气体压强为1.0‑5.0个大气压，气体流量为1‑100L/min，零件预热和喷涂沉积过程维持保护气体输送，喷涂后涂层表面温度低于预热温度时，停止保护气体供给；5)第一遍喷涂沉积前，首先利用喷枪火焰预热零件表面至120‑200摄氏度，再输送喷涂粉末进行喷涂沉积，需要重复进行多遍喷涂沉积时，控制每遍之间涂层冷却至80‑150摄氏度范围内再进行下一遍的喷涂，直至达到零件要求的涂层厚度；6)喷涂沉积过程中，依据零件孔、槽几何结构内表面特点进行零件运动形式控制，其中，非对称内表面结构的零件保持不动，喷枪移动扫描沉积，具有对称内表面结构零件则以对称中心为中心轴自转，配合喷枪的移动扫描进行沉积，喷枪移动扫描速度为10‑500mm/s，零件自转速度为10‑1000rpm；所述的保护气体输送装置包括与喷枪连接的主气体喷嘴、气体管路，或者包括与喷枪连接的主气体喷嘴、气体管路和气体保护罩，或者包括带有气体喷嘴的一体化气体保护罩，或者包括不与喷枪连接且与零件工装相对位置固定的辅助气体喷嘴，将保护气体引入到喷枪火焰焰流及喷涂粒子沉积范围，其具体结构和操作如下：1)所述主气体喷嘴采用2‑8个均布的金属圆管喷气口结构、或者采用金属环上开设2‑8个均布的圆孔喷气口结构、或者采用金属环形喷气口的结构，所述气体喷嘴的喷气口以喷枪枪管中心轴为中心对称布置，所述喷气口外延方向与喷涂焰流在零件内表面沉积区中心点相交；2)所述气体保护罩采用金属圆筒状或金属喇叭状结构，与气体喷嘴配合连接在喷枪上或者固定在零件工装上，或者采用带有气体喷嘴的一体化气体保护罩，气体喷嘴呈对称或不对称布置，对应不同入射角的喷涂，气体保护罩顶端边沿均采用与零件表面轮廓仿形的结构，间隙在5‑20mm范围内调节，引导气体在保护罩内的流动并从间隙处流出，增强保护气体隔离空气的效果；或者气体保护罩还采用水冷结构以延长使用时间；3)对于不能使用气体保护罩的复杂几何形状零件内表面沉积，在主气体喷嘴工作时，同时使用与零件工装相对位置固定的辅助气体喷嘴，加强零件表面涂层沉积的气体保护和冷却。