專利名稱：一種耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿及其制備方法
技術領域：
本發明屬于超聲波技術領域，尤其是涉及一種適合在鋁液中使用的耐高溫，耐腐蝕的超聲變幅桿。
背景技術：
超聲變幅桿的主要作用是聚能作用，還可以作為機械阻抗變換器，在換能器和聲負載之間進行阻抗匹配，使超聲能量更有效地從換能器向負載傳輸。超聲波在鋁液中傳播時，可以通過空化效應改善鋁液組織，細化晶粒，提高鋁液的力學性能和耐磨性能。但是鋁液相當于一種強烈的金屬腐蝕劑，對變幅桿的腐蝕速度很快。傳統的超聲變幅桿往往由于鋁液的腐蝕、高溫磨損、熱疲勞、氧化等的共同作用，出現大小不等的腐蝕孔，隨著腐蝕孔不斷擴大、擴張，變幅桿脫皮、斷裂，導致鋁液污染，變幅桿的振動頻率發生偏移，發射效率下降，使用壽命大大降低。要解決超聲變幅桿在鋁液中腐蝕的現象，通常認為，若用一般的耐高溫腐蝕材料是行不通的，因為超聲變幅桿要做到高頻小振幅振動，振動加速度極大，而且由于保護材料一般質量比較大，在很大的振動加速度條件下，剝離力就會輕易地超過結合強度，導致保護材料很快脫落，所以涂層不應該過厚。但是從提高硬度和耐腐蝕的角度看，涂層太薄極易被刺穿，太薄很快會失效。因此適宜的厚度很重要。而采用等離子噴涂Al2O3和TiO2的混合物能解決這一難題。
等離子噴涂是一種材料表面強化和表面改性的技術，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射、減磨和密封等性能。它具有以下優勢①超高溫特性，便于進行高熔點材料的噴涂。②噴射粒子的速度高，涂層致密，粘結強度高。③使用惰性氣體作為工作氣體，使噴涂材料不易氧化。因此在生活中有廣泛的應用，目前已被應用在航空航天，冶金，機械，生物等領域。Al2O3資源豐富，價格低廉，且其硬度高，摩擦系數低，化學穩定性好，有著良好的耐磨損性能，在100(TC以下不為鋁液所浸潤，其耐鋁液腐蝕性能十分優異。但其韌性不足，在Al2O3中加入適量的TiO2，其涂層韌性可得到明顯的改善，耐磨損和耐沖擊性能優于純氧化鋁涂層，適于腐蝕環境下，存在重負荷磨損的情況。

發明內容
本發明克服現有技術中的缺陷，解決了原有的超聲變幅桿在鋁液中會受到快速腐蝕，導致振動頻率偏移，發射效率下降，使用壽命很短的技術問題，提供一種能夠在鋁液中不會受到腐蝕，確保振動頻率穩定，提高發射效率，延長使用壽命的超聲變幅桿。本發明耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿，包括基體，基體表面依次有粘結層和復合陶瓷涂層；所述復合陶瓷涂層為A1203+Ti02，其中Ti02重量比例為10°/Γ25%。所述粘結層選用金屬粉末選用Ni-17Cr-6Al，顆粒尺寸為200-300目，粘結層厚度為O. 5_lmm。本發明所述的超聲變幅桿，所述的基體由30號碳鋼為材料。
本發明耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿的制備方法，是在變幅桿基體表面先用等離子噴涂粘結層，然后再噴涂復合陶瓷涂層；所述復合陶瓷涂層材料為A1203+Ti02，其中Τ 02重量比例為10% 25%。其步驟如下
(1)30號碳鋼進行熱處理，并在車床上加工成階梯型變幅桿。(2)將試樣放入濃度為5(T70g/L的NaOH溶液中浸泡30分鐘，對試樣除油，清洗干燥。(3)用5 95目的混合砂對試樣進行噴涂處理，使其表面粗糙。(4)依次用水和丙酮清洗基體并干燥，保持試樣表面清潔。(5)用等離子焰流對基體進行預熱，再進行等離子噴涂Ni-17Cr_6Al粉末，厚度為
O.5 I mm η(6)等離子噴涂Al2O3與TiO2的混合粉末，每次噴涂的厚度不超過200um，完成后進行涂層冷卻，噴涂的陶瓷總厚度為2飛mm。采用等離子噴涂技術，促使涂層的組織結構發生變化，提高了涂層的結合強度，改善了涂層的致密性，從而有效地提高了涂層的耐鋁液腐蝕性。該變幅桿對整個超聲系統性能的影響也在可控制和可接受的范圍內，是可靠安全的，完全可以用在超聲波振動系統。噴砂所采用粒度為5 95目的混合砂，不同的礦砂在表面留下的痕跡不同，小顆粒砂粒所獲得的動能和沖擊力小，能獲得淺而密的凹凸表面，大顆粒砂粒可獲得深而間隙大的凹凸表面，兩種不同粒度的砂粒混合使用，粗化表面的效果更佳。且等離子噴涂中所使用的粘結劑為Ni-17Cr-6Al粉末，該粉末與30號碳鋼和Al2O3和TiO2的混合物之間具有良好的浸潤性，能改善噴涂效果。變幅桿采用階梯形，其余各部分尺寸按照變幅桿縱向振動的波動方程連續的邊界條件，在一定的諧振頻率下得出。變幅桿本體的橫截面可以為圓形，方形，或多邊形，在空間受限制的條件下，也可以為任意形狀。與鈦合金所做的超聲變幅桿相比，30號碳鋼價格便宜，具有優良的性能，制造工藝簡單，便于進行大批量生產。綜上所述，本發明中噴涂的涂層能明顯增強超聲變幅桿耐高溫，耐腐蝕的性能，且等離子噴涂技術明顯改善了噴涂的效果，使超聲變幅桿性能更好。此工藝技術操作簡單，用材價格便宜，適合工業生產。
具體實施例方式
I.配置Ni-Cr-Al合金粉100g，其中Al粉重量為6g，Cr粉重量為17g，Ni粉余量，粒度為200目ο2.配置Al2O3與TiO2的混合物，粒度為250目，其中TiO2的質量百分含量為15%，Al2O3的含量為85%。3. 30號碳鋼經過調質處理，在車床上加工成階梯型。4.將試樣放入濃度為60g/L的NaOH溶液中浸泡30分鐘，以去除基體表面因磨削加工后殘留的油污以及其他污染物。5.經清洗干燥后，用80目的混合砂進行噴砂處理。6.依次用水和丙酮清洗基體并干燥，保持試樣表面清潔。
7.用等離子焰流對基體進行預熱，再進行等離子噴涂Ni-17Cr_6Al，厚度為O. 7mm,等離子噴涂Ni-17Cr-6Al的工藝參數為電壓60V，電流500A，工作氣流量為2400L/h，送粉器流量50L/h，噴涂距離100mm。8.然后噴涂Al2O3與TiO2的混合粉，每次噴涂的厚度不超過200um，完成后進行涂層冷卻，噴涂總厚度為3mm。等離子噴涂Al2O3與TiO2的混合物的工藝參數為電壓90V，電流600A，工作氣流量2400L/h，送粉器流量70L/h，噴涂距離100mm。使用該變幅桿在15K，20K, 25K, 30K, 35K等超聲波系統中做了一系列大功率超聲波實驗，結果證明該變幅桿表層未見明顯鋁液腐蝕痕跡，變幅桿實驗前后質量變化均未超過±10g ;耐高溫鋁液腐蝕性能明顯提高，本超聲變幅桿耐鋁液腐蝕的防護方法是有效的。
權利要求
1.一種耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿，包括基體，其特征在于，基體表面依次有粘結層和復合陶瓷涂層；所述復合陶瓷涂層為A1203+Ti02，其中Ti02重量比例為10°/Γ25%。
2.根據權利要求I所述的耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿，其特征在于，所述粘結層選用金屬粉末選用Ni-17Cr-6Al，顆粒尺寸為200-300目，粘結層厚度為O. 5_lmm。
3.根據權利要求一所述的超聲變幅桿，其特征在于，所述的基體由30號碳鋼為材料。
4.一種制備權利要求I所述耐高溫鋁液腐蝕的超聲變幅桿的方法，其特征在于在變幅桿基體表面先用等離子噴涂粘結層，然后再噴涂復合陶瓷涂層；所述復合陶瓷涂層材料為A1203+Ti02，其中Ti02重量比例為10% 25%。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于步驟如下(1)30號碳鋼進行熱處理，并在車床上加工成階梯型變幅桿；(2)將試樣放入濃度為5(T70g/L的NaOH溶液中浸泡30分鐘，對試樣除油，清洗干燥；(3)用5 95目的混合砂對試樣進行噴砂處理，使其表面粗糙；(4)依次用水和丙酮清洗基體并干燥，保持試樣表面清潔；(5)用等離子焰流對基體進行預熱，再進行等離子噴涂Ni-17Cr-6Al粉末，厚度為.O.5 I mm ；(6)等離子噴涂Al2O3與TiO2的混合粉末，每次噴涂的厚度不超過200um，完成后進行涂層冷卻，噴涂的陶瓷總厚度為2飛mm。
全文摘要
本發明的目的是提供一種耐鋁液腐蝕的階梯形超聲變幅桿，該變幅桿材質為30號碳鋼，熱處理調質后，采用等離子噴涂的方法將變幅桿外表面包裹Al2O3與TiO2的復合陶瓷涂層，其中TiO2的比例為10%~25%，涂層的厚度為2~6mm。與傳統變幅桿相比，本發明提供的變幅桿表現出極好的化學穩定性和抗腐蝕性，并且通過添加TiO2顆粒解決了Al2O3陶瓷層本身較脆，易碎的實際問題，確保超聲波變幅桿的震動頻率穩定，不偏移，提高發射效率，同時也延長了它的使用壽命。此變幅桿不需要采用昂貴的鈦合金材料，采用相對低廉的碳鋼，有效地降低成本，具有良好的經濟效益。
文檔編號B32B15/04GK102935742SQ20121046758
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者焦雷, 趙玉濤, 李惠, 尚華, 張忠忠, 夏天福 申請人:江蘇大學