激光喷涂技术hvof涂层预处理工艺的探讨

激光喷涂技术hvof涂层预处理工艺的探讨

0热喷涂技术的发展hvof是一种带有特殊设计的超声喷嘴等特殊结构的喷嘴。使用高压和高性能燃料将喷漆粉末颗粒快速注入工艺表面，形成高结合强度涂层。20世纪90年代以来,美国等西方发达国家,用超音速火焰喷涂技术制备WC-Co材料耐磨涂层,标志着世界热喷涂工艺上一项重要的技术诞生。由于HVOF喷涂火焰温度并不高,且对粉末的加热时间很短,可以防止粉末的过分氧化、烧损、蒸发和分解,制备的涂层具有很好的耐磨和抗氧化性能,所以备受航空航天界的青睐,并很快得到了应用,如飞机发动机的涡轮叶片、发动机密封件、飞机起落架等易磨耗件等等。国内最近几年也有一些单位在研究和试验生产超音速火焰喷涂设备,并开展了许多工艺研究,但国产化的产品与技术与国外相比还存在一定差距。研究认为,颗粒的速度对涂层质量的贡献最大,沉积时的冲量越大,颗粒对基体的撞击作用越强,颗粒变形越充分,不仅增加了颗粒对基体的咬合力,还使涂层中颗粒之间的连接更加紧密,从而减少了涂层的孔隙率,增大了涂层的结合强度。而喷涂前处理对基体表面起粗化作用,对喷涂处理具有重要影响。本文在长期工作实践的基础上,对超音速火焰喷涂碳化物涂层预处理工艺进行了相关探讨,可作为相关工作参考。1命有决定的因素基体金属表面的预处理状况,决定着热喷涂涂层与基体的结合性能,因此,对其使用寿命有决定性的影响。待喷涂表面必须进行粗化,才能达到符合技术要求的粗糙度,使涂层与基体很好地啮合,并要去除油污、锈、氧化皮、旧涂层等,这些过程就是表面预处理,在这样一些处理过程中,工件必须保持干燥,在不利的气候条件下还要采取必要的保护措施。2预处理过程2.1脱轨清洁采用溶剂汽油对工件表面进行擦洗、浸洗,可有效地除去油脂。2.2湿度等级压缩空气应达到GB/T13277.1压缩空气——污染物净化等级,湿度等级应达到3级(压力露点≤-20℃),含油等级应达到3级(≤1mg/m3)。2.3高清洁度sa3粗糙度应达到Ra8～16µm。喷砂处理后的清洁度应达到GB8923第3章中规定的最高清洁度Sa3,即完全除去氧化皮、锈、污物和旧涂层等附着物。喷砂使用的压缩空气必须干燥、无油。压力式喷砂机压力为0.4～0.5MPa,射吸式喷砂机压力为0.5～0.6MPa;磨料的喷射方向与工作面法线之间的夹角取15°,喷砂嘴到工件的距离取150mm。2.3.1粗化磨料喷枪(1)压力式喷砂法:此法是利用空气压力将磨料送入喷枪高速喷出,使工件粗化。(2)射吸式喷砂法:此法是借助空气塔将磨料送入喷枪高速喷出,使工件粗化。2.3.2喷砂粗化不允许使用被旧原料喷砂粗化使用磨料必须保持清洁、干净。在制备功能性涂层时,喷砂粗化不允许使用被旧涂层、氧化皮或油脂等污染了的磨料。喷砂磨料除了有较高的硬度外还必须有尖锐的棱角,使其具有良好的耐用性和较好的粗化效果,推荐使用熔融白刚玉。2.3.3看眼面质量和粗糙度喷砂粗化应采用的磨料粒度为20～60目。清洁度:产品的清洁度检验,按有关标准制备基准样板进行目视比较,也可按GB8923中规定的Sa3级标准片进行目视比较。粗糙度:采用粗糙度样板与工件进行目视比较。粗糙度样板应根据工艺要求制备,并符合GB1031要求,以此作为基准样板。2.3.5砂浆岩的保护喷砂处理的防护措施,系指工作场地和环境而言,尤其是对现场及周围人员的防护,具体措施按GB11375实施。2.3.6喷砂后清洁喷砂后应使用空气枪压力为0.45MPa对喷砂有效面进行吹扫,有效地清除喷砂有效面残留的粉尘。2.4工作准备若气温低,湿度大,为了驱除潮气,在喷涂前应对工件进行预热,预热温度控制在95℃左右。2.5保护和保护喷砂前,采用遮蔽带、金属薄板、套环或橡胶等对非有效面遮蔽保护。2.5.2分发前保护预处理和喷涂工序之间,若需要停留,应对预处理的有效表面采用干净牛皮纸、塑料膜等进行保护。3试验与分析3.1燃丙烷气喷涂单次给药法使用相同喷砂工艺,相同种类,不同粒度的磨料对试样件进行喷砂预处理。喷砂前使用汽油对试样件进行清洗,去除其油污。喷砂方式:射吸式喷砂;喷砂压力:0.6MPa;磨料种类:白刚玉;磨料粒度:10目、24目、35目。喷涂采用燃丙烷气喷涂设备,喷涂WC-10Co-4Cr/-45～+15U粉末,喷涂工艺参数如下:喷涂距离在300mm左右。喷涂过程分二次完成,单次涂层厚度在110μm左右,待试样温度降至60℃以下使用电阻式涂层测厚仪对其进行测量,再次进行喷涂。喷涂完成试样如下:3.3对拉的方式及时间为了排除其他因素干扰,拉力试样为每工艺3件。拉力试验是采用对拉的方式,所以要在制备好涂层试样的表面对粘一个经过喷砂预处理的对拉件。对拉件是采用与第2组试样相同的预处理工艺。试样与对拉件使用E-7高温结构胶粘接,使用万能拉力试验机测试拉力。(1)喷砂后测试部分的粗糙度检测设备:Micromeasure2白光共焦三维显微镜(2)喷砂后测试片表面的形状检测设备:扫描电镜(3)结合强度检测检查设备:100/600KN万能拉力试验机3.5结果分析(1)磨粒粒度对粗糙度的影响1号和2号试片使用的磨料粒度分别是10目和24目,不同磨粒粒度条件下得到的粗糙度值非常接近。3号试片的粗糙度值很低,这是因为磨料的粒度很小,不可能对基体有较大的冲击力,从而不能形成较大的粗糙度。(2)磨料表面的突台和凹陷1号试片表面形成较多较大的突台和凹陷结构,说明磨料粒度大会对基体表面形成更深的冲击,形成较大的粗糙度。同时会有很多破碎的磨料镶嵌其中。2号试片表面形成更多的突台和凹陷结构,但是其大小相对1号要小很多,磨料粒度的减小,形成的粗糙度也会随之相对减小。但是其表面镶嵌物却增加,是因为单位面积作用的磨料数量的增加造成的。3号试片表面形貌相对要平和很多,说明磨料粒度的减小,粗糙度会急剧降低,但是镶嵌物却很少,因为磨料粒度变小后其更加不容易破碎。(3)涂层结合强度对比3组试样的拉伸试验结果,发现粗糙度大的样品,其涂层结合强度高,粗糙度小的样品,其结合强度低。以上较好结果显示,涂层结合强度可达70MPa。选用磨粒粒度在24目综合效果最好。4清洁度、粗糙度超音速火焰喷涂的预处理工艺采用的是机械式喷砂方式,将基体表面粗化