本發(fā)明屬于熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑及其制備與使用方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)材料的性能要求越來(lái)越高，熱噴涂涂層受到極大地重視，熱噴涂技術(shù)被廣泛運(yùn)用于航天、航空、航海等領(lǐng)域。在熱噴涂前，先要對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂表面粗糙化，在這過(guò)程中難免會(huì)引入一些對(duì)涂層特性和粘結(jié)性產(chǎn)生影響的雜質(zhì)；在噴涂過(guò)程中，把噴涂材料利用等離子束、電弧或火焰加熱到很高的溫度，使其形成液態(tài)或黏熔態(tài)，利用高速壓縮空氣把熔融金屬液滴高速噴涂到基材表面，這個(gè)過(guò)程中很容易發(fā)生氧化，從而影響了涂層的性能，另外液滴在與基材接觸的瞬間，由于與基體材料物理化學(xué)特性完全不同，特別是晶體結(jié)構(gòu)、原子鍵構(gòu)等，很難實(shí)現(xiàn)金屬小液滴在基材表面的鋪展，從而加大了涂層界面缺陷、影響了涂層與基體的粘結(jié)性。熱噴涂涂層與基體表面雜質(zhì)引入、界面氧化、界面缺陷、粘結(jié)不牢固、容易脫落的現(xiàn)象，極大的影響了熱噴涂涂層的性能，嚴(yán)重制約著熱噴涂技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展。

傳統(tǒng)解決這類問(wèn)題的方法有：

（1）解決噴涂前雜質(zhì)引入的問(wèn)題的措施主要是：在熱噴涂前進(jìn)行超聲波清洗或者高壓空氣高速?zèng)_擊等，該類方法成本過(guò)高、工藝復(fù)雜、加大了噴涂過(guò)程中的工作量。

（2）解決噴涂過(guò)程中結(jié)合界面金屬熔融小顆粒氧化的問(wèn)題的措施主要是：利用惰性氣體保護(hù)或者抽低真空環(huán)境進(jìn)行噴涂，該類方法不僅對(duì)噴涂車間和設(shè)備要求過(guò)高，而且對(duì)操作人員素質(zhì)要求也很高。使噴涂工藝復(fù)雜，噴涂成本升高。

（3）針對(duì)噴涂過(guò)程中金屬熔融小液滴與基體界面難以鋪展，導(dǎo)致涂層與基體界面缺陷過(guò)多、粘結(jié)性下降的問(wèn)題，目前還沒(méi)有有效的解決措施。

噴涂前雜質(zhì)引入、噴涂過(guò)程中結(jié)合界面金屬熔融小顆粒氧化的問(wèn)題，雖然出現(xiàn)了解決措施，但是工藝復(fù)雜，成本巨大。并且針對(duì)金屬熔融小液滴與基體界面難以鋪展，導(dǎo)致涂層與基體界面缺陷過(guò)多、粘結(jié)性下降的問(wèn)題、還沒(méi)有有效解決措施。因此針對(duì)上述的問(wèn)題，需要一種快速簡(jiǎn)單制備高性能、高粘結(jié)性能的熱噴涂涂層的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：熱噴涂過(guò)程中涂層與基體表面雜質(zhì)引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘結(jié)不牢固、容易脫落的問(wèn)題。

本發(fā)明目的及意義在于提供一種快速簡(jiǎn)單提高基體表面涂層特性和粘結(jié)性的界面增強(qiáng)劑及其制備與使用方法。

本發(fā)明在基體表面進(jìn)行粗化、清潔處理后，在基體的待噴涂表面采用熱噴涂技術(shù)（電弧噴涂、等離子噴涂、超音速火焰噴涂等）或刷涂技術(shù)，均勻涂覆界面增強(qiáng)劑，然后再進(jìn)行常規(guī)熱噴涂，可以得到粘結(jié)更加牢固的涂層，且使熱噴涂領(lǐng)域涂層噴涂過(guò)程中雜質(zhì)引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘結(jié)不牢固、容易脫落的問(wèn)題得到一定程度的解決。

本發(fā)明提供一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，界面增強(qiáng)劑由金屬鋪展劑、混溶劑和添加劑制備得到，界面增強(qiáng)劑中金屬鋪展劑20~45重量份，混溶劑20~45重量份，添加劑10~60重量份。

所述金屬鋪展劑為氟鈦酸鉀、氟鋯酸鉀、氟鋁酸鉀、氟鈦酸銨、氟硅酸中的一種。

所述混溶劑為水，包括去離子水、蒸餾水。

所述添加劑由防氧化劑、凈化劑和增粘劑組成，添加劑中防氧化劑的質(zhì)量百分比為25~50%，凈化劑的質(zhì)量百分比為20~45%，增粘劑的質(zhì)量百分比為5~30%。

所述防氧化劑為硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸鋰中的一種與硼砂、氟硼酸鉀、氟硼酸鈉中的一種組成的混合物，混合物中硼酸鈉、硼酸鉀或硼酸鋰的質(zhì)量百分比為70~80%，剩下的為硼砂、氟硼酸鉀或氟硼酸鈉中的一種。

所述凈化劑為氟化鈉、氟化鉀、氟化鋰中的一種與氯化鈉、氯化鋰、氯化鉀中的一種按照質(zhì)量比1︰1混合得到。

所述增粘劑為硼酸、煅燒硼酸中一種與氫氧化鉀、氫氧化鈉中一種任意比例混合而成。

本發(fā)明的另一目的在于提供所述熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，具體步驟如下：

（1）按比例稱取金屬鋪展劑和混溶劑，將金屬鋪展劑與混溶劑充分混合得到混合物；

（2）按比例分別稱取添加劑配料，利用機(jī)械球磨法、燒結(jié)破碎法或噴霧干燥法中的任意一種進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）將步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中得到的混合物混合，得到界面增強(qiáng)劑；

（4）將步驟（3）得到的界面增強(qiáng)劑均勻涂覆在預(yù)處理后的基材表面；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基材進(jìn)行熱噴涂，得到粘結(jié)性能更好的涂層。

步驟（4）所述基材預(yù)處理是將基材表面進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料為：鋯剛玉、白剛玉或棕剛玉，其粒度為15~30μm。

與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：使熱噴涂領(lǐng)域涂層噴涂過(guò)程雜質(zhì)引入、界面容易氧化、界面缺陷、粘結(jié)不牢固、容易脫落的問(wèn)題得到一定程度的解決；工藝簡(jiǎn)單，成本較低，得到的涂層性能較佳，粘結(jié)性較強(qiáng)；噴涂環(huán)境要求較低，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，操作人員要求低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的涂層與傳統(tǒng)方法得到的涂層sem圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，包括以下組分的物質(zhì)組成：金屬鋪展劑45重量份，混溶劑20重量份，添加劑35重量份，其中金屬鋪展劑為氟鈦酸鉀，混溶劑為蒸餾水，添加劑包括質(zhì)量百分比為50%的防氧化劑，質(zhì)量百分比為20%的凈化劑，質(zhì)量百分比為30%的增黏劑，其中防氧化劑由質(zhì)量百分比為80%的硼酸鈉和質(zhì)量百分比為20%的氟硼酸鈉組成，凈化劑為氟化鉀和氯化鈉按照質(zhì)量比為1︰1混合而成，增粘劑由煅燒硼酸與氫氧化鈉混合而成。

本實(shí)施例熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，以鋁合金為基體，在鋁合金基體上噴涂316l不銹鋼涂層，具體方法為：

（1）稱取45g金屬鋪展劑(氟鈦酸鉀)和量取20ml混溶劑（蒸餾水），并把兩者充分混合；

（2）稱取其余添加劑（其中防氧化劑占50%，凈化劑20%，增黏劑30%），配制17.5g防氧化劑（稱取硼酸鈉14g，氟硼酸鈉3.5g，混合均勻），配制凈化劑7g（稱取氟化鉀3.5g，氯化鈉3.5g，混合均勻），配制增粘劑10.5g（稱取煅燒硼酸10g，稱取氫氧化鈉0.5g），利用機(jī)械球磨法將物料進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）把步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中混合物進(jìn)行充分混溶，得到膏狀界面增強(qiáng)劑；

（4）將步驟（3）中制得的膏狀界面增強(qiáng)劑利用機(jī)械刷涂設(shè)備在預(yù)處理的基體表面進(jìn)行刷涂，基體表面均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑，其中基材表面預(yù)處理是將基體進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料為鋯剛玉，其粒度為15~20μm；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基體利用電弧噴涂技術(shù)進(jìn)行316l不銹鋼涂層噴涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘結(jié)性能更好的涂層。

如圖1（b）所示為本實(shí)施例制備得到的涂層，與圖1（a）傳統(tǒng)方法得到的涂層相比，涂層與基體界面氧化物明顯減少，而界面氧化物會(huì)影響涂層的粘結(jié)強(qiáng)度，氧化物越多其涂層的粘結(jié)強(qiáng)度越低。

實(shí)施例2

本實(shí)施例一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，包括金屬鋪展劑20重量份，混溶劑45重量份，添加劑35重量份，其中金屬鋪展劑為氟鋯酸鉀，混溶劑為蒸餾水，添加劑包括質(zhì)量百分比為25%的防氧化劑，質(zhì)量百分比為45%的凈化劑，質(zhì)量百分比為30%的增黏劑，其中防氧化劑為質(zhì)量百分比為70%的硼酸鋰，質(zhì)量百分比為30%的硼砂，凈化劑為氟化鈉和氯化鉀1︰1混合而成，增粘劑由硼酸與氫氧化鉀混合而成。

本實(shí)施例熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，本實(shí)施例以高錳鋼為基體，在高錳鋼基體上噴涂氮化硅陶瓷涂層，涂層服役于酸性環(huán)境，具體方法為：

（1）稱取20g金屬鋪展劑(氟鋯酸鉀)和量取45ml混溶劑（蒸餾水），并把兩者充分混合；

（2）稱取其余添加劑（其中防氧化劑占25%，凈化劑45%，增黏劑30%），配制8.75g防氧化劑（稱取硼酸鋰6.12g，硼砂2.63g，混合均勻），配制凈化劑15.75g（稱取氟化鈉7.88g，氯化鉀7.88g，混合均勻），配制增粘劑10.5g（稱取硼酸7.5g，稱取氫氧化鉀3g），利用噴霧干燥法將物料進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）把步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中混合物進(jìn)行充分混溶，采用拉絲機(jī)器制成直徑2mm的界面增強(qiáng)劑絲；

（4）將步驟（3）中制得的界面增強(qiáng)劑絲利用電弧噴涂設(shè)備在預(yù)處理的基體表面進(jìn)行噴涂，基體表面均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑，其中基材表面預(yù)處理是將基體進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料白剛玉，其粒度為20~30μm；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基體利用等離子噴涂技術(shù)進(jìn)行碳化硅陶瓷涂層噴涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘結(jié)性能更好的涂層。

實(shí)施例3

本實(shí)施例一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，包括金屬鋪展劑35重量份，混溶劑20重量份，添加劑60重量份，其中金屬鋪展劑為氟鋁酸鉀，混溶劑為蒸餾水，添加劑包括質(zhì)量百分比為50%的防氧化劑，質(zhì)量百分比為45%的凈化劑，質(zhì)量百分比為5%的增黏劑，其中防氧化劑為質(zhì)量百分比為75%的硼酸鋰，質(zhì)量百分比為25%的氟硼酸鉀，凈化劑為氟化鋰和氯化鉀1︰1混合而成，增粘劑由硼酸與氫氧化鉀混合而成。

本實(shí)施例熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，本實(shí)施例以高速工具鋼為基體，在高速工具鋼基體上噴涂金屬陶瓷涂層（陶瓷涂層為硼化鈦和碳化鈦質(zhì)量比1：1混合的混合物），具體方法為：

（1）稱取35g金屬鋪展劑(氟鋁酸鉀)和量取20ml混溶劑（蒸餾水），并把兩者充分混合；

（2）稱取其余添加劑（其中防氧化劑占50%，凈化劑45%，增黏劑5%），配制30g防氧化劑（稱取硼酸鋰22.5g，氟硼酸鉀7.5g，混合均勻），配制凈化劑27g（稱取氟化鋰13.5g，氯化鉀13.5g，混合均勻），配制增粘劑3g（稱取硼酸2g，稱取氫氧化鉀1g），利用燒結(jié)破碎法將物料進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）把步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中混合物進(jìn)行充分混合，研磨烘干，制成能通過(guò)325目機(jī)械篩的粉末；

（4）將步驟（3）中制得的界面增強(qiáng)劑粉末利用等離子噴涂設(shè)備在預(yù)處理的基體表面進(jìn)行噴涂，基體表面均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑，其中基材表面預(yù)處理是將基體進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料為棕剛玉，其粒度為15~30μm；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基體利用等離子噴涂技術(shù)進(jìn)行陶瓷涂層噴涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘結(jié)性能更好的涂層。

實(shí)施例4

本實(shí)施例一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，包括金屬鋪展劑45重量份，混溶劑45重量份，添加劑10重量份，其中金屬鋪展劑為氟鈦酸銨，混溶劑為去離子水，添加劑包括質(zhì)量百分比為45%的防氧化劑，質(zhì)量百分比為45%的凈化劑，質(zhì)量百分比為10%的增黏劑，其中防氧化劑為質(zhì)量百分比為73%的硼酸鉀，質(zhì)量百分比為27%的氟硼酸鉀，凈化劑為氟化鋰和氯化鉀1︰1混合而成，增粘劑由硼酸與氫氧化鉀混合而成。

本實(shí)施例熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，本實(shí)施例以銅合金為基體，在銅合金基體上噴涂氧化鋁陶瓷涂層，具體方法為：

（1）稱取45g金屬鋪展劑(氟鈦酸銨)和量取45ml混溶劑（去離子水），并把兩者充分混合；

（2）稱取其余添加劑（其中防氧化劑占45%，凈化劑45%，增黏劑10%），配制4.5g防氧化劑（稱取硼酸鉀3.28g，氟硼酸鉀1.22g，混合均勻），配制凈化劑4.5g（稱取氟化鋰2.25g，氯化鉀2.25g，混合均勻），配制增粘劑1g（稱取硼酸0.9g，量取氫氧化鉀0.1g），利用燒結(jié)破碎法將物料進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）把步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中混合物進(jìn)行充分混合，制成膏狀界面增強(qiáng)劑；

（4）將步驟（3）中制得的膏狀界面增強(qiáng)劑利用機(jī)械刷涂設(shè)備在預(yù)處理的基體表面進(jìn)行刷涂，基體表面均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑，其中基材表面預(yù)處理是將基體進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料為白剛玉，其粒度為15~25μm；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基體利用等離子噴涂技術(shù)進(jìn)行陶瓷涂層噴涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘結(jié)性能更好的涂層。

實(shí)施例5

本實(shí)施例一種熱噴涂界面增強(qiáng)劑，包括金屬鋪展劑35重量份，混溶劑30重量份，添加劑35重量份，其中金屬鋪展劑為氟硅酸，混溶劑為去離子水，添加劑包括質(zhì)量百分比為35.7%的防氧化劑，質(zhì)量百分比為40%的凈化劑，質(zhì)量百分比為24.2%的增黏劑，其中防氧化劑為質(zhì)量百分比為70%的硼酸鈉，質(zhì)量百分比為30%的氟硼酸鈉，凈化劑為氟化鈉和氯化鋰1︰1混合而成，增粘劑由煅燒硼酸與氫氧化鉀混合而成。

本實(shí)施例熱噴涂界面增強(qiáng)劑的制備及使用方法，本實(shí)施例以鎳鈷基合金為基體，在鎳鈷基合金基體上噴涂碳化硅陶瓷涂層，具體方法為：

（1）稱取35g金屬鋪展劑(氟硅酸)和量取30ml混溶劑（去離子水），并把兩者充分混合；

（2）稱取其余添加劑（其中防氧化劑占35.7%，凈化劑40%，增黏劑24.2%），配制12.5g防氧化劑（稱取硼酸鈉8.7g，氟硼酸鈉3.8g，混合均勻），配制凈化劑14g（稱取氟化鈉7g，氯化鋰7g，混合均勻），配制增粘劑8.5g（稱取煅燒硼酸0.5g，稱取氫氧化鉀8g），利用燒結(jié)破碎法將物料進(jìn)行破碎，過(guò)325目機(jī)械振動(dòng)篩，制成防氧化劑、凈化劑、增粘劑的粉末后混勻；

（3）把步驟（2）中制得的粉末與步驟（1）中混合物進(jìn)行充分混合，制成膏狀界面增強(qiáng)劑；

（4）將步驟（3）中制得的膏狀界面增強(qiáng)劑利用機(jī)械刷涂設(shè)備在預(yù)處理的基體表面進(jìn)行刷涂，基體表面均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑，其中基材表面預(yù)處理是將基體進(jìn)行噴砂粗糙處理，然后利用干燥空氣對(duì)噴砂表面進(jìn)行清潔處理，噴砂粗糙過(guò)程中所使用的的沙粒材料為鋯剛玉，其粒度為15~30μm；

（5）將步驟（4）中均勻覆蓋界面增強(qiáng)劑的基體利用等離子噴涂技術(shù)進(jìn)行陶瓷涂層噴涂，就可以得到孔隙率、氧化率低，粘結(jié)性能更好的涂層。

下表1所示是實(shí)施例1-5所得涂層與同樣處理只是沒(méi)有使用界面增強(qiáng)劑的涂層進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試的數(shù)據(jù)，從表中可知，使用界面增強(qiáng)劑后的涂層的粘結(jié)強(qiáng)度冥想高于未使用界面涂層增強(qiáng)劑的涂層。

表1

以上舉例只是本發(fā)明的部分運(yùn)用舉例，但是本發(fā)明不只限于實(shí)施例，只要其以任何相同或相似方法、工藝流程達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。