本發明涉及一種等離子噴涂搪瓷耐腐蝕涂層的方法及其熱軋處理，屬于等離子技術及金屬表面涂層處理技術領域。
背景技術：
等離子涂層是等離子噴涂技術與熱軋技術有效結合而產生的一門較為新穎的技術，是繼微米等離子技術的進一步延伸和拓展，目前在國內外已有大量的科研人員及科研機構開始對等離子搪瓷涂層的制備及后處理技術進行探索及研究，目前在這方便研究較多的主要是熱障涂層技術，而在耐腐蝕等離子搪瓷涂層尤其是金屬合金耐腐蝕等離子涂層方面研究仍然較少。
孔洞、裂紋及結構的疏松不均勻等缺陷是目前等離子搪瓷涂層存在的一個較大的問題，目前還沒有很好的方法可以解決這個問題，從目前熱障涂層領域的等離子搪瓷涂層的情況來看，孔洞、裂紋及結構疏松不均勻的狀況已較微米等離子涂層有了明顯的改善，但這個問題在等離子法搪瓷涂層中仍然存在，且在等離子法搪瓷涂層的實際應用過程中明顯顯露出來，這對等離子法搪瓷涂層在工業化生產的推廣方面受到很大限制，尤其是等離子法搪瓷涂層在耐腐蝕的應用方面更加明顯，孔洞及裂紋的存在會使腐蝕物質穿透孔洞及裂紋而與基體直接接觸，從而使防護涂層失效。所以有效減少涂層中的孔洞及裂紋是等離子技術領域亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明通過等離子噴涂搪瓷涂層的制備及熱軋處理，制備孔洞及氣孔率少，結構致密均勻的耐腐蝕搪瓷涂層。在涂層的制備及涂覆過程中，本發明將等離子噴涂技術、料漿燒結涂覆技術及材料熱軋技術有效有序的結合，利用材料熱軋工藝，使涂層結構在軋制力的強大壓力作用下更加致密均勻，孔洞進一步減少。本發明提出一種制備等離子搪瓷涂層的方法及鑄造工藝，從而大幅度提高搪瓷涂層的性能，解決由于粉體顆粒尺寸小、流動性差而無法直接作為噴涂材料的問題。
一種鈦合金表面等離子法噴涂搪瓷涂層的方法，其特征在于具有如下步驟：
a. 采用搪瓷粉料的組成配方為（wt.%）：55.26SiO2，6.59Al2O3，8.56ZnO，8.12B2O3，4.96Na2O，10.77CaO，2.24MgO和1~3CeO。
b. 粉料球磨：對燒結完成的搪瓷粉末在行星球磨機經過80~200h的干法球磨，接下來再加入乙醇等助磨劑進行200h的濕法球磨過程，接下來分離球和物料，最后至于烘干機烘干即可；
e. 熱軋處理：設定開軋溫度為：300~980℃，總軋制比為10~30%，采用3~5道次實現全部壓下量，在軋制開始前，首先將樣品在開軋溫度下保溫30min，使樣品溫度均勻。軋制結束后將樣品置于高溫管式爐中氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為500~900℃，退火結束后樣品隨爐冷卻。
所述等離子噴涂所用氣體：本實驗采用的等離子噴涂氣體為氬氣和少量氫氣；其中，氬氣的流速為80~100L/min，氫氣的流速為10~15L/min，還有保護性氣體氮氣；送粉速率為40g/min；噴涂電流為550A，噴涂電壓為55~60V。涂層厚度為300μm；
d. 表面等離子噴涂：使用等離子噴涂設備，主要為上海大豪瑞生產的DH-1080等離子噴涂設備；額定電壓為30~85V；噴涂裝置為DH-1080-JP機裝槍。此外還有DH-1080-SF送粉器，送粉氣壓力0.5MPa，送粉速度范圍為0~150g/min；還有DH-2080-ZJ電弧發生器；控制方式為外控，點火電壓為2500~3000V；
c. 噴涂材料的制備：對上述球磨過的粉末進行液相分散噴霧合成法進行處理，從而將粉體轉化成顆粒尺寸較大，流動性好的顆粒，這些顆粒的直徑在幾十至幾百微米之前，從而可以直接作為等離子噴涂材料；具體方法是將搪瓷粉體中加入10%的水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可以忽略），使其混合成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為40~55%；使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10~35min；攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，風干結束后便得到可以直接作為等離子噴涂的材料；
本發明具有如下特點：
1、本發明通過等離子噴涂技術及材料熱軋技術有效結合起來，并充分利用其各自的優勢，釉料粉體具有小尺寸效應、表面效應及高能效應等獨特性能，在等離子噴涂過程中，顆粒之間結合更為緊密，分布更為均勻，從而有效減少涂層中的孔洞和裂紋，熱軋過程中，由于受到軋制強大壓力，涂層內部結構發生微變形，使涂層結構更為致密，軋制結束后在氫氣狀態下對樣品進行熱處理，在對樣品進行充分還原的情況下使涂層中原子進行相互滲透，從而使涂層結構更加均勻。
2、本發明通過一系列連貫的工藝，可生產出孔洞及裂紋少，結構致密成分均勻的等離子法噴涂搪瓷涂層。該發明可通過參數的調整，亦適宜用于其他金屬基體的等離子法噴涂搪瓷涂層的制備。
3、本發明工藝連貫，效果明顯，對環境無污染，又因目前細化粉體制備技術的進步，超細粉體成本降低，所以本發明很適宜工業化擴大生產。
具體實施方式
實施例1
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為25%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為300℃，在樣品在300℃下保溫30min后進行軋制，軋制共3道次，總軋制比為10%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為500℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例2
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為30%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌15min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為450℃，在樣品在450℃下保溫30min后進行軋制，軋制共4道次，總軋制比為15%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為600℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例3
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為35%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌20min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V鈦合金上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為550℃，在樣品在550℃下保溫30min后進行軋制，軋制共4道次，總軋制比為20%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為650℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例4
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計）使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為40%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌25min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為700℃，在樣品在700℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為25%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為750℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例5
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計）使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為45%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌30min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為900℃，在樣品在980℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為35%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為800℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例6
將制備好的搪瓷粉體加入10%水及3.5%聚丙烯酸分散劑（體積可忽略不計）使其成為膠狀物，膠狀物中固態物質的體積分數為50%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌35min。攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于Ti-6Al-4V上。等離子噴涂過程中氬氣和少量氫氣作為主要的等離子噴涂氣體，氦氣作為保護性氣體。噴涂結束后將樣品進行熱軋處理，開軋溫度為980℃，在樣品在980℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為40%，軋制結束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為800℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
對各實施例經處理后的樣品進行表面宏觀及耐蝕性能進行測試，結果如下：
由實例測試情況來看，通過本發明所制備的鈦合金表面等離子法噴涂制得的搪瓷涂層具有致密均勻的微觀結構及很強的耐蝕性能。