本发明专利技术公开了一种用氧－乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷涂青铜合金的工艺方法，属于材料表面喷涂技术领域。首先对钢铁件表面进行去油、除锈及表面粗化处理，采用氧－乙炔火焰对钢铁件表面进行预热，以氧－乙炔作燃烧焰，以压缩空气作为送粉气和加速气，用具有螺旋式混气和射吸式进气结构的亚音速喷枪和压缩－膨胀喷嘴，将雾化粒子流高速喷射向工件表面；先是在钢铁件表面喷涂镍包铝复合粉末打底层，然后在打底层上喷涂铝青铜合金层，并且喷涂后立即进行封孔处理。本发明专利技术方法具有喷涂效率高、界面结合强度高、耐蚀性好等特点，而且操作简便、表面成形美观、成本低，便于推广应用，这项技术特别适用于室外大型造型或塑像的表面喷涂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种喷涂青铜的方法，尤其涉及一种用氧一 乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷 涂青铜的方法，属于材料科学与工程的表面喷涂
二
技术介绍
材料表面复层方法(如堆焊、刷镀、喷涂等)以及它们之间的组合工艺在实施上常受 到零件尺寸、结构形式和使用环境等限制。如结构复杂的大型铸铁件，在表面处理时，很 难采用堆焊或刷镀方法。近年来，随着喷涂技术的发展和应用，在材料基体上制备涂层的 技术得到了广泛的应用。其中氧一乙炔火焰喷涂具有成本低、喷涂效率高、操作简便及应 用范围广等特点而受到关注。这项技术在大面积长效防腐、修复与喷涂复杂零部件等方面 得到应用，如阀门密封面、挤压机柱塞套筒、汽轮机缸盖、发电机底座等钢铁件的表面喷 涂。但是，常规火焰喷涂是以氧一乙炔火焰来熔化待喷涂的合金粉末，普通喷枪中没有可 供氧与燃料进行燃烧的高温高压燃烧室，燃烧产物直接由混合室喷出，所以焰流速度慢、热量不集中、粉末在空气中的时间长，使涂层粗糙多孔，而且氧化物和未熔颗粒多，涂层 的结合强度低，容易产生裂纹并剥落，涂层的厚度也受到限制。所以采用常规的氧一乙炔 火焰喷涂难以在钢铁材料表面形成结合牢固的青铜涂层。高速火焰喷涂是利用燃气与高压氧气在特定的高温高压燃烧室内混合，在压缩喷嘴中燃烧并产生高速焰流(焰流速度可达300m/s以上)，将粉末送入该焰流，可将喷涂粒子加热 至熔化或半熔化状态，并加速喷射出去。高速喷涂颗粒在空气中停留的时间很短，发生氧 化的机会极小，所以高速火焰喷涂可减小甚至消除涂层中的氧化物，大幅度提高涂层的致 密度和界面结合强度。青铜强度比一般黄铜高，作为喷涂材料能够得到较为致密的涂层，它耐海水、硫酸及 盐酸腐蚀，有很好的耐腐蚀性和耐磨性。用青铜制作的各种青铜器件，造型美观、工艺精 湛，特别是室外的一些大型青铜塑像更是深受人们的喜爱。因此，在钢铁材料表面喷涂青 铜合金不仅能够提高材料表面的耐腐蚀性和耐磨性，还能改善材料的表面颜色，起到很好 的装饰作用和造型艺术效果。实践表明，在钢铁材料表面(特别是在铸铁表面)喷涂青铜 合金时，由于铸铁杂质含量较多，表面易氧化和产生气孔，喷涂时这些杂质和氧化物降低 了铸铁表面与青铜合金之间的界面结合性，很难形成良好的表面涂层。解决上述问题的方法，除了须采用亚音速以上的高速火焰喷涂工艺外，还需配合合理 地粉末合金材料。可采用的方法一是在青铜合金粉末中掺入镍基合金粉末，形成Cu—Ni合 金粉末，这种'粉末镍含量达10% 60%,含硼0.1%~0.6%，含硅0.1%~8%。使用这种合金 粉末在铸铁件表面喷涂，初始喷涂温度应高于250'C，而且应限制喷涂层的硬度。二是在青 铜合金中添加表面活性剂对其进行改性处理后，形成低镍(或无镍)、低硼、无硅的青铜基 合金粉末，然后再进行喷涂，这种方法改变了青铜合金层的原有成分，会降低青铜合金涂层的性能。经检索，采用亚音速火焰喷涂技术在钢铁材料表面喷涂青铜的方法还未见报道。
技术实现思路
针对目前现有的在钢铁表面喷涂青铜合金技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种以 氧-乙炔作燃烧焰，以压縮空气作为送粉气、加速气和冷却气的亚音速低温喷涂方法，这种 方法以镍包锅复合粉末作为打底层，采用具有螺旋式混气和射吸式进气结构的喷枪和压缩-膨胀喷嘴，将雾化粒子流以250m/s-320m/s的速度喷向工件表面，在钢铁表面形成青铜合 金层。采用这项技术可以大面积、高效率地对钢铁件进行表面喷涂，实现用喷涂青铜件代 替全青铜件，使之表面造型美观和大幅度降低成本。本专利技术所述的用氧一乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷涂青铜合金的工艺方法，包括以下 步骤(1) 喷涂前对钢铁件表面进行去油、除锈及表面粗化处理，直至表面露出金属光泽， 呈干净的灰白色；(2) 采用氧—乙炔火焰对钢铁件表面进行低温预热，预热温度为80'C 160'C;(3) 采用氧一乙炔亚音速火焰喷枪在钢铁表面喷涂镍包铝复合粉末打底层，喷涂工艺 参数为氧气压力0.15MPa 0.85MPa，乙炔压力0.05MPa 0.12MPa，压縮空气送粉气的 压力0. 2MPa^vO. 6MPa，喷涂距离120mm 200mm,送粉量5g/min 25g/min，喷涂角度70° 85°，获得的打底层厚度0.03mm 0.15mm;(4) 采用氧-乙炔亚音速火焰喷枪在打底层基础上喷涂铝青铜合金粉末层，喷涂工艺参 数为氧气压力0.20MPa 0.95MPa，乙炔压力0.06MPa 0.14MPa，压縮空气送粉气的压 力0. 2MPa 0. 6MPa，喷涂距离120mm 200mm,送粉量25g/min 55g/min，喷涂角度70° 86°;连续重复喷涂2 4次，喷涂的铝青铜合金层厚度为0.50mm 1.20mm;(5) 喷涂铝青铜层后立即对喷涂表面用微晶石蜡作为封孔剂进行封孔处理，以提高喷 涂层的防锈和耐腐蚀性能，还可以防止封孔后的磨屑玷污涂层的孔眼，有利于提高喷涂层 的表面质量和性能。上述用氧一乙炔亚音速火焰在钢铁件表面喷涂青铜合金的方法中步骤(1)所述的去 油、除锈及表面粗化处理是采用喷砂、抛丸处理或砂轮打磨，直至钢铁基体表面露出金属光 泽，呈灰白色的金属外观和均匀的粗化表面。表面处理完成后，应保证工件表面干燥、无油 污、无锈蚀和氧化皮。其中所述的喷砂处理用粒度为15~40目的金刚玉或硅砂，喷丸处理用的铁丸直径为 0.4mm 0.8mm，砂轮打磨是采用手动砂轮直接打磨待喷涂的工件表面。上述用氧一乙炔亚音速火焰在钢铁件表面喷涂青铜合金的方法中步骤(3)所述的打 底层采用镍包铝复合粉末，粉末粒度不小于300目，其成分以重量百分比计为Ni 75% 85%、 Al 15% 25%;镍包铝复合粉末在亚音速火焰喷涂时能产生强烈的化学反应，生成 Ni3Al等金属间化合物的自粘结成分，促进界面结合。上述用氧一乙炔亚音速火焰在钢铁件表面喷涂青铜合金的方法中步骤(4)所述的铝青铜合金粉末粒度不小于300目，其成分以重量百分比计为Al 8% 10%， Mn 1.5% 2.5%， 杂质<1.7%，其余为Cu。上述用氧—乙炔亚音速火焰在钢铁件表面喷涂青铜合金的方法中步骤(3)和步骤(4) 所述的亚音速火焰喷涂，是采用压力达0.88MPa的高压燃烧室和压縮-膨胀喷嘴的亚音速喷 枪。采用这种喷枪可达到对粉末粒子进行高速火焰喷涂的目的，该高速焰流因未超过临界 音速(340m/s)，故称为"亚音速"。上述用氧一乙炔亚音速火焰在钢铁件表面喷涂青铜合金的方法中步骤(4)所述的喷 涂工艺参数优选氧气压力0.5MPa 0.8MPa，乙炔压力0.08MPa 0.12MPa，压縮空气送 粉气的压力0. 35MPa 0. 55MPa，喷涂距离150mm 180mm，送粉量30g/min 35g/min,喷 涂角度78° 82°。本专利技术提出的打底层采用氧一乙炔亚音速火焰喷涂镍包铝合金粉末，这种粉末的特点 是在微小的铝粉核外面均匀地包覆着金属镍，当喷涂过程中加热到一定温度，并通过亚音 速焰流高速喷射到工件表面时，粉粒受到巨大的撞击力而破裂，在焰流高温的诱发下产生 Ni、 Al反应和Al的氧化反应，这种强烈的化学反应放出的热量对于基体表面起着强化加热 作用，从而使熔融颗粒与基体表面本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用氧－乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷涂青铜合金的工艺方法，由以下步骤组成：（１）喷涂前对钢铁件表面进行去油、除锈及表面粗化处理，直至表面露出金属光泽；（２）采用氧－乙炔火焰对钢铁件表面进行低温预热，预热温度５０℃～１６０℃；（３）采用氧－乙炔亚音速火焰喷枪在钢铁表面喷涂镍包铝复合粉末打底层，喷涂工艺参数为：氧气压力０．１５ＭＰａ～０．８５ＭＰａ，乙炔压力０．０５ＭＰａ～０．１２ＭＰａ，压缩空气送粉气的压力０．２ＭＰａ～０．６ＭＰａ，喷涂距离１２０ｍｍ～２００ｍｍ，送粉量５ｇ／ｍｉｎ～２５ｇ／ｍｉｎ，喷涂角度７０°～８５°，获得的打底层厚度０．０３ｍｍ～０．１５ｍｍ；（４）采用氧－乙炔亚音速火焰喷枪在打底层上喷涂铝青铜合金层，喷涂工艺参数为：氧气压力０．２０ＭＰａ～０．９５ＭＰａ，乙炔压力０．０６ＭＰａ～０．１４ＭＰａ，压缩空气送粉气的压力０．２ＭＰａ～０．６ＭＰａ，喷涂距离１２０ｍｍ～２００ｍｍ，送粉量２５ｇ／ｍｉｎ～５５ｇ／ｍｉｎ，喷涂角度７０°～８６°，连续重复喷涂２－４次，喷涂的铝青铜合金层厚度为０．５０ｍｍ～１．２０ｍｍ；（５）喷涂铝青铜层后立即对喷涂表面用微晶石蜡作为封孔剂进行封孔处理。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李亚江，王娟，夏春智，张永兰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：88[中国|济南]
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