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通过原位干冰处理提高等离子喷涂氧化铬涂层的质量-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-07-28 6:43:21 * 浏览: 3
大气等离子喷涂是用于沉积陶瓷涂层以防止磨损和腐蚀的常用方法。原料包括例如氧化铝,氧化钛和氧化铬。等离子喷涂的氧化铬涂层由于其良好的表面质量,高硬度和耐磨性而广泛用于例如网纹辊,泵密封和耐磨环中。然而,氧化铬由于其高熔点,低导热性和在高温下易挥发的倾向而难以喷涂。喷涂过程中氧化铬的挥发产生极细的灰尘颗粒,这些颗粒聚集在工件上并被困在涂层内,降低了涂层的内聚力和机械性能。现场使用干冰喷射,通过保持表面清洁并有助于热管理来改善氧化铬和许多其他等离子喷涂涂层的质量。通过等离子喷涂在TUT上的氧化铬涂层在使用干冰喷射的喷涂过程中使用两种不同的商业干冰喷射器施加到喷涂机器人上。测试了几个参数并实施了温度监测。通过SEM制备金相样品并分析。还进行了硬度,粘附性,透气性和磨损测试。已经发现干冰喷射改变了基材的温度历史,并且涂层具有显着的意外效果。过度冷却会降低图示的附着力,从而降低内聚力和耐磨性,但调整喷涂参数可以更好地消除一些不利影响。与离开喷嘴的粒度相关的不同喷砂模型也非常不同。虽然另一个喷射器仅喷射主要冷却基板的小干冰粉,但是由另一个喷射器喷射的具有较大动能的较大颗粒对涂层的内聚力比涂覆有非干冰的样品具有更积极的影响。 ,从而提高耐磨性。等离子喷涂用于制造陶瓷涂层,特别是用于磨损和腐蚀应用。例如,氧化铝,氧化钛和氧化铬用作起始材料。等离子喷涂的氧化铬涂层由于其良好的表面光洁度,高硬度和耐磨性而广泛用于例如卷轴,密封件和耐磨轮胎压力机中。然而,氧化铬是一种具有挑战性的注塑材料,因为它具有高熔融温度和低导热性。氧化铬在高温下也容易蒸发,导致形成细小的氧化铬粉尘。所得到的氧化铬粉尘容易保留在涂层之间,削弱了涂层的内聚和机械性能。在现场,干喷涂已用于热喷涂,以改善氧化铬和其他等离子涂层的质量。干冰喷射可保持工件表面清洁,有助于热管理。 TUT研究了在等离子喷涂期间通过用两种不同的干冰喷射器喷射氧化铬来使用干冰喷射,允许干冰喷射器喷嘴通过等离子喷涂器附接到喷涂机器人。测试了几个不同的参数并监测工件温度。通过涂覆电子显微镜制备金相样品。样品还经受硬度,粘附性,透气性和磨损测试。从样品中发现,当干冰喷射显着影响基材和涂层的温度历史时,存在意外的后果。过度冷却削弱了涂层的内聚力和耐磨性,但是当参数设定得更热时,一些有害影响被消除。在不同锅炉型号之间从干冰吹风机喷嘴的喷嘴出来的干冰颗粒的尺寸也存在显着差异。用干净的干冰喷洒的另一台鼓风机似乎是最酷的效果。另一方面,涂覆有较大颗粒的干燥颗粒具有较高的动能,这似乎对涂层的内聚力具有更积极的影响。与风冷样品相比,耐磨性得到改善。引言陶瓷涂层在工业中具有广泛的应用。从磨损和腐蚀保护到热保护和电气绝缘。 CHR氧化铕是一种高硬度陶瓷材料,由于其优异的摩擦学性能,如高耐磨性,广泛用于涂料中。大气等离子喷涂通常是涂覆氧化铬涂层的首选技术,因为它具有极高的火焰温度,可以很容易地熔化陶瓷材料[1]。然而,氧化铬在高温下是挥发性的,容易蒸发并产生细小的灰尘,这可能在被困在涂层结构内时引起问题。在最近的研究[64] - [75]中,已经发现同时干冰处理可以改善各种不同材料(包括氧化铬)上的等离子喷涂涂层的质量。因此,根据研究,涂层的微观结构和机械性能得到显着改善。本文基于过去在干法等离子喷涂涂层领域的工作,旨在进一步评估辅助干冰喷射作为提高等离子喷涂氧化铬涂层质量的技术的可行性。在等离子喷涂工艺中实施干冰喷射器以提供冷却并在喷涂时同时清洁工件。在设置和仔细优化之后测试了几种参数组合,最终实现了干冰过程的一些益处。使用基板的高速成像和热监控来找到最佳的加工参数。光学和电子显微镜用于评估干冰喷射对微观结构的影响。此外,还测试了涂层的表面质量,硬度,粘附性,渗透性和磨损。第2章从热喷涂基础开始,以进一步解释等离子和HVOF喷涂技术。第3章介绍了最常用的陶瓷涂层材料,并向读者介绍了氧化铬作为涂层材料。第4章深入探讨了氧化铬的可剥性以及与其使用相关的健康问题相关的挑战。第5章探讨了热喷涂工艺中辅助冷却的可能性以及可用的不同技术。第6章至第9章涵盖了论文的实验部分以及结果,讨论和结论。 2.热喷涂热喷涂是一种广泛使用的热机械涂层工艺,用于在各种基材上沉积各种不同的材料作为涂层。大多数金属和金属合金可以是热喷涂的,也可以是陶瓷,复合材料和金属陶瓷材料。涂层的厚度通常在50-500微米的范围内,尽管在一些应用中可以使用更厚或更薄的涂层[1]。在热喷涂中,原料作为粉末,线材,棒或液体悬浮液引入热源。然后将熔融或半熔化的液滴推过气流朝向基板。接触后,液滴变形并与表面贴合,形成所谓的涂层。每个splats固化并形成涂层。上述描述的一个例外是冷喷涂工艺,它不利用热量,而是依靠高颗粒速度(高达1100米/秒)使塑料颗粒塑性变形而不是熔化它们。当然,只有易于变形的金属和合金才能通过这种方法沉积。图1显示了热喷涂工艺。图1.典型的热喷涂工艺和涂层结构。热喷涂工艺通常分为热源,包括电弧,等离子弧和燃烧。在电弧喷涂中,两根导线彼此成一定角度进给,并在它们之间施加电弧。当导线彼此接近时,电弧熔化导线。来自电弧后面的雾化气体将熔融材料雾化成液滴并将它们推向基板。原材料仅限于由韧性导电金属制成的导线,但可用的导线甚至包括金属陶瓷,以扩大可用材料的范围。 [1]等离子喷涂工艺将在2.1节中详细描述。燃烧过程包括传统的火焰喷射,爆炸枪和高速氧燃料喷雾。火焰喷涂使用燃料气体来加热和加速原料,其可以作为粉末,线材或棒引入。粒子速度通常小于每秒200米。原材料包括塑料,金属和合金以及一些陶瓷。在引爆枪工艺将原料粉末,燃料和氧气注入混合物被点燃的腔室中,由此产生的爆炸加热并以非常高的速度(12316,1200 m / s)将颗粒推出喷枪。与传统的火焰喷涂相比。在颗粒上产生更多的动能。该过程是不连续的,并且以1-15Hz的频率操作。可喷涂材料包括金属,金属陶瓷和陶瓷。 [1]高速含氧燃料过程类似于连续除氧过程,将在2.2节中描述。图2显示了不同的热喷涂工艺温度和速度。图2:气体温度和速度的热喷涂技术。如前所述,通过冲击,铺展和固化各个喷雾颗粒形成涂层。取决于喷涂参数,所形成的涂层的厚度通常为1至20μm并且具有柱状晶粒结构。除了熔融和再凝固的颗粒之外,所得的层状结构还包括孔,氧化物包封的和未熔化的颗粒。根据所使用的材料和工艺,热喷涂涂层的孔隙率在2-15%的范围内,现代先进工艺可以降低孔隙率。由于液滴并不总是流动以填充所有间隙,因此孔隙对于该过程是自然的。特别是在陶瓷中,一些孔在冷却过程中由水平或垂直裂缝形成。氧化是金属涂层中的常见问题,其在飞行期间氧化,但也在通道之间形成涂层之后氧化。在陶瓷的情况下,它们偶尔会部分地还原成金属形式,导致金属夹杂物。另一个不希望的特征是未熔化的颗粒,其在飞行期间不会熔化并且当进入的熔融颗粒被包围时被吸入涂层中。所有上述缺陷通常导致涂层性能下降。 [1]技术定制干冰清洁计划