[发明专利]一种采用纳米三氧化二铝进行热喷涂涂层封孔的方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于表面防护技术领域，更加具体地说，涉及一种采用纳米Al₂O₃进行热喷涂涂层封孔的方法。

背景技术

热喷涂技术是一种常用的表面工程技术，随着生产实际对工件性能要求的不断提高，热喷涂技术得到了飞速发展和广泛应用。热喷涂是将熔融或半熔融状态微粒以高速冲击到基体表面，形成具有一定特性涂层的表面处理方法。这种涂层是由相互叠加的微粒构成，叠加的微粒之间必然存在孔隙，尤其是贯穿性孔隙的存在。在腐蚀环境中，孔隙会引入腐蚀元素，腐蚀介质就可能通过穿孔到达被保护基体的表面，使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀，腐蚀产物在界面积累，使热喷涂层龟裂、剥落，导致涂层失效，并且孔隙的存在将会影响涂层的结合强度。

目前国内外均采用封孔剂对热喷涂涂层进行封孔处理，常采用的封孔剂为树脂基材料。这种封孔剂渗透性较好、韧性高，如Sugehis、Liscano等分别以苯酚树脂、环氧树脂为封孔剂对热喷涂涂层进行封孔，结果表明，苯酚树脂及环氧树脂明显降低涂层孔隙率(由13.19%分别降为3.17%和5.13%)。但是，有机类封孔剂对环境污染比较严重且不耐高温。更重要的是在砂轮磨削加工陶瓷涂层的过程中，树脂基封孔剂会堵塞砂轮，降低砂轮锋利程度，从而使得磨削升温情况严重，影响陶瓷涂层的加工质量。

发明内容

鉴于以上背景技术中的原因，本发明公开一种采用纳米Al₂O₃进行热喷涂涂层孔隙封闭的封孔方法，以纳米Al₂O₃材料作为封孔剂，耐高温能力强且性能稳定，其封孔效果与有机类封孔剂类似，并可避免有机类封孔剂在磨削加工过程中产生的堵塞砂轮的问题，具有一定的现实意义。

本发明技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种采用纳米三氧化二铝进行热喷涂涂层封孔的方法，将α-Al₂O₃均匀分散在水中，通过超声波振动方式使其渗透进涂层孔隙中，干燥后通过沸水加热的方式使Al₂O₃在涂层中形成Al₂O₃·H₂O，体积膨胀后达到封孔效果。

其中所述α-Al₂O₃固体颗粒的粒度为20-30nm，选择在水中进行均匀分散，在分散体系中，α-Al₂O₃质量含量为10-20%（即α-Al₂O₃质量与α-Al₂O₃和水质量之和的比例），或者选择市售的纳米α-Al₂O₃水溶性浆料；在使用前需充分搅拌水溶液，避免出现沉淀物或者团聚。

在进行超声波振动时，选择将涂层试样完全浸泡在均匀分散有α-Al₂O₃的水中，进行超声波振动，选择温度为30—40℃，频率设为70—80Hz，振动时间为20—40分钟，然后进行干燥，例如80℃条件下干燥1小时。并可根据α-Al₂O₃的实际需要，选择重复进行超声波振动，以使更多的α-Al₂O₃渗透进涂层孔隙中，例如3—5次。

在进行干燥后，将涂层试样完全置于蒸馏水中，在100℃条件下水煮至少1小时，优选90—120min，以使Al₂O₃在涂层中达到封孔效果。

在本发明技术方案中，选择在300M超高强钢表面制备涂层，涂层种类为WC10Co4Cr金属陶瓷涂层（按照质量百分数计，由86%WC，10%Co和4%Cr组成），涂层厚度在200-300μm，超音速火焰（HVOF）喷涂参数如下：喷涂设备为美国TAFA公司生产的JP5000型超音速火焰喷涂系统。喷涂过程中煤油流量为23L/h，氧气流量为55000slph，送粉气流量为12L/min，喷涂距离为380mm，喷涂速度为300mm/s。控制喷涂次数，使得涂层厚度在200-300μm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：