本發(fā)明屬于金屬表面陶瓷涂層領(lǐng)域，具體涉及一種懸浮液等離子噴涂氧化鋁致密耐磨涂層及其制法與應用。

背景技術(shù)：

1、氧化鋁涂層具有高的硬度、高的化學穩(wěn)定性和優(yōu)異的耐磨耐腐蝕性能被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域，以保證高端裝備零部件在較為苛刻的服役環(huán)境下能夠穩(wěn)定運行，并減少基體材料的破壞，延長其使用壽命。氧化鋁涂層可用作常溫下的低應力磨粒磨損、硬面磨損、耐多種化工介質(zhì)和化工氣體腐蝕、耐氣蝕和沖蝕涂層，還用于高溫下的耐燃氣氣蝕和高溫發(fā)射涂層。在電子、石油、鋼鐵冶金、機械化工、裝備制造、航空航天等諸多行業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

2、目前制備氧化鋁涂層的方法包括電弧離子鍍、脈沖激光沉積、微弧氧化、磁控濺射、化學氣相沉積等方法，但對于致密氧化鋁涂層的制備仍存在一定挑戰(zhàn)，如孔隙率過大問題、顆粒未完全熔融等問題。等離子噴涂具有焰流溫度高、工藝簡便、效率高、獲得涂層性能優(yōu)異等特點，采用等離子噴涂技術(shù)可在基體上快速沉積氧化鋁陶瓷涂層，能夠把氧化鋁陶瓷材料和基材的優(yōu)點有機結(jié)合起來，從而改善零部件的使用性能。盡管傳統(tǒng)的大氣等離子噴涂(aps)已經(jīng)可以獲得相當廣泛的涂層結(jié)構(gòu)形態(tài)，但傳統(tǒng)的等離子噴涂僅針對10-100μm流動性良好的粉末且涂層材料的選擇有限，且涂層結(jié)構(gòu)的影響仍存在一定孔隙缺陷。公開號為cn118063196a的專利中公布了一種多孔氧化鋁陶瓷的制備方法，孔隙率分布在8-15％，高孔隙難以滿足生產(chǎn)生活中摩擦腐蝕環(huán)境的需求，孔隙為摩擦疲勞以及腐蝕提供了通道，加速了涂層失效。

3、目前對于致密涂層的制備通常認為固含量相對越高結(jié)構(gòu)越致密，且市面上目前等離子噴涂功率為60-70kw，難以達到高功率，從而難以使液料顆粒完全熔融，從而產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)缺陷，同時也造成原料的浪費，同時高濃度懸浮液導致噴涂過程中流動性以及延展性極差，極易堵粉，難以實現(xiàn)異形工件噴涂以及長時間噴涂。現(xiàn)有技術(shù)中，低濃度懸浮液難以制備高致密涂層，且低功率難以實現(xiàn)液料的良好完全熔融，因而對低濃度水性懸浮液進行高功率噴涂開發(fā)制備致密涂層以提高原料利用率及性價比十分關(guān)鍵，同時，基于懸浮液等離子噴涂開發(fā)一種可以在各類基材上進行快速沉積的，面向工程應用的高機械強度的氧化鋁涂層十分重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種懸浮液等離子噴涂氧化鋁致密耐磨涂層及其制法與應用，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2、為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

3、本發(fā)明實施例提供了一種懸浮液等離子噴涂氧化鋁致密耐磨涂層的制備方法，其包括：

4、對基材進行預處理；

5、以及，采用軸向懸浮液等離子噴涂技術(shù)將氧化鋁懸浮液施加于基材表面，從而制得氧化鋁致密耐磨涂層；其中，所述氧化鋁懸浮液中氧化鋁的含量為10-20wt％，分散劑含量為1-5wt％；所述軸向懸浮液等離子噴涂技術(shù)采用的工藝參數(shù)包括：噴槍功率為125-150kw，噴涂距離為50-150mm，送液率為30-120ml/min，噴涂過程中基材的表面溫度為300-600℃。

6、本發(fā)明實施例還提供了前述的制備方法制得的氧化鋁致密耐磨涂層。

7、本發(fā)明實施例還提供了前述的氧化鋁致密耐磨涂層于異形工件白面耐磨防腐領(lǐng)域中的應用。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

9、(1)本發(fā)明中的氧化鋁涂層利用等離子噴涂工藝，通過改變氧化鋁分散溶液的濃度、分散劑濃度、液料流量、噴涂距離、噴涂功率、噴槍移動狀態(tài)和噴涂循環(huán)次數(shù)，有效地調(diào)控氧化鋁涂層厚度與涂層結(jié)構(gòu)；由于氧化鋁液滴在沉積到涂層上時擁有較高的焓值，能夠高效沉積的同時與各種基體形成機械咬合，從而形成遠強于弱范德華力的機械咬合力，僅控制噴槍移動的機械臂的移動參數(shù)，便可直觀地設(shè)定涂層的沉積效率；同時采用140kw左右的高功率，避免了未熔融顆粒及半熔融顆粒的產(chǎn)生，突破了低濃度懸浮液不能制備致密涂層的限制，提高了液料原料利用率，減少浪費及成本，同時突破了業(yè)內(nèi)的氧化鋁磨損率限制，將比磨損率降至5×10-16mm3n-1m-1以下；

10、(2)本發(fā)明中氧化鋁涂層的噴涂工藝具有流程簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高等特點，與常規(guī)氧化鋁涂層制備方法相比，采用該發(fā)明制備氧化鋁涂層具有制備尺寸更大、涂層結(jié)構(gòu)更致密、結(jié)合強度更高、硬度更高、磨損率更低、可適用基體類型更多的優(yōu)勢，同時高功率以及低固含量使得液料具有相當?shù)牧鲃有裕约叭鄣尉哂辛己玫难诱剐裕m用于異形工件的噴涂，可用于面向?qū)嶋H工程應用的各類氧化鋁涂層，如具備耐磨減磨、耐腐蝕特性等；

11、(3)本發(fā)明中氧化鋁涂層的噴涂面積及層厚度可以需要根據(jù)具體作用進行選擇，在不使涂層結(jié)構(gòu)被改變較大的前提下提高送液量或調(diào)整噴涂距離可改變涂層的沉積效率，同時，本發(fā)明采用軸向懸浮液等離子噴涂，提高了液料的動能與熱能，使液料充分熔融，達到更致密的扁平化沉積。

技術(shù)特征：

1.一種懸浮液等離子噴涂氧化鋁致密耐磨涂層的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述軸向懸浮液等離子噴涂技術(shù)采用的工藝參數(shù)包括：等離子噴涂的氬氣流量為20～30l/min，氮氣流量為50～60l/min，氫氣流量為5～15l/min，總氣流量為200～300l/min，電弧電流為200～240a，霧化氣流為10～20l/min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體包括：將基材固定于旋轉(zhuǎn)試樣臺夾具，并將基材的表面預熱至100-300℃，之后保持旋轉(zhuǎn)試樣臺夾具旋轉(zhuǎn)或翻轉(zhuǎn)運動，噴槍軸線正交于基材表面，且噴槍做上下往復運動；其中，所述旋轉(zhuǎn)試樣臺夾具的旋轉(zhuǎn)速度為150～250r/min，噴槍上下移動速度為15～25mm/min，噴槍循環(huán)次數(shù)為100-200次。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：采用等離子焰流掃描將基材的表面預熱至100-300℃；其中，所述等離子焰流掃描的循環(huán)次數(shù)為2～4次；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，具體包括：對基材進行清洗、噴砂處理，之后采用高壓氣槍吹去基材表面浮灰。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，具體包括：采用乙醇對基材進行超聲清洗處理；其中，所述超聲清洗處理采用的頻率為20-80hz，清洗時間為10～20min。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于：采用氧化鋁砂礫進行所述噴砂處理；其中，所述氧化鋁砂礫包括氧化鋁白剛玉砂，所述氧化鋁白剛玉砂的粒度為80-120目；

8.由權(quán)利要求1-7中任一項所述的制備方法制得的氧化鋁致密耐磨涂層。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氧化鋁致密耐磨涂層，其特征在于：所述氧化鋁致密耐磨涂層的厚度為100～600μm；

10.權(quán)利要求8或9所述的氧化鋁致密耐磨涂層于異形工件白面耐磨防腐領(lǐng)域中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種懸浮液等離子噴涂氧化鋁致密耐磨涂層及其制法與應用。所述制法包括：對基材進行預處理；采用軸向懸浮液等離子噴涂技術(shù)將氧化鋁懸浮液施加于基材表面，從而制得氧化鋁致密耐磨涂層；其中，所述軸向懸浮液等離子噴涂技術(shù)采用的工藝參數(shù)包括：噴槍功率為125?150kW，噴涂距離為50?150mm，送液率為30?120ml/min，噴涂過程中基材的表面溫度為300?600℃。本發(fā)明提供的方法具有操作簡便、生產(chǎn)周期短、涂層厚度可控、生產(chǎn)效率高等特點，同時制備的氧化鋁涂層保留了噴涂態(tài)氧化鋁的化學組成，并具有制備尺寸更大、涂層結(jié)構(gòu)更致密、結(jié)合強度更高、硬度更高、磨損率更低、可適用更多基體類型的優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：王文倩,王永欣,方煥杰,謝建軍,郁健浩,蒲吉斌
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24