乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法及包括其的柱塞技术

本发明专利技术公开了一种乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法，包括以下步骤：(1)将金属柱塞基体进行除油处理，烘干后喷砂；(2)将喷砂后的金属柱塞进行预热，在金属柱塞上采用超音速等离子喷涂含有NiCrAl与Al2O3复合过渡层；(3)喷涂完复合过渡层后，在复合的金属过渡层表面上采用超音速等离子喷涂Al2O3与TiO2的复合陶瓷面层；(4)对喷涂完陶瓷面层后的金属柱塞进行粗磨、精磨和抛光处理，得到复合涂层。采用本发明专利技术的方法通过使用超音速等离子法并且控制复合涂层中Al2O3与TiO2的含量，使得到的涂层粘结强度高，涂层表面均匀、密度和硬度高，相对于全陶瓷柱塞不易损坏、涂层与基体结合力强且可修复，扩大了柱塞的应用范围。

Method for plunger spraying composite coating on emulsion pump and plunger containing it

The invention discloses a method of emulsion pump plunger spraying composite coating, which comprises the following steps: (1) the metal plunger matrix is deoiling and dried after drying; (2) the metal plunger after sand blasting is preheated, the supersonic plasma spraying is used on the metal plunger to contain NiCrAl and Al2O3 composite transition layer; (3) spray finish. After the transition layer, the composite ceramic surface layer of Al2O3 and TiO2 was sprayed by supersonic plasma spraying on the surface of the composite metal transition layer. (4) the metal plunger after the ceramic coating was grinded, refined and polished, and the composite coating was obtained. By using the method of supersonic plasma and controlling the content of Al2O3 and TiO2 in the composite coating, the adhesive strength of the coating is high, the surface of the coating is uniform, the density and the hardness is high, and the full ceramic plunger is not easy to be damaged, the adhesion of the coating and the matrix is strong and can be repaired, and the application range of the plunger is enlarged.

【技术实现步骤摘要】
乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法及包括其的柱塞
本专利技术涉及一种陶瓷涂层的制造方法，特别涉及一种乳化泵柱塞超音速等离子热喷涂涂层的制备方法，属于材料表面加工领域。
技术介绍
陶瓷柱塞主要适用于煤炭、石油、化工、食品行业的柱塞类机械，用以替代金属柱塞，解决金属柱塞因耐腐蚀性差、耐工作温度低导致设备寿命短的问题。陶瓷柱塞产品具有极高的耐磨损、耐腐蚀和抗热冲击性能，比金属柱塞使用寿命长5到l0倍。现有的陶瓷柱塞在使用过程中也存在一些缺陷：(1)柱塞表面光洁度不够，致使运动摩擦阻力增大，从而降低了生产效率；(2)陶瓷体有开裂现象，这种开裂在陶瓷体制造过程中不易察觉，但在柱塞工作中由于内应力作用，使裂缝不断扩展以致造成工件报废；(3)安装和拆卸过程的冲击容易造成柱塞损坏。目前，已有的陶瓷面层制备的柱塞虽然克服了金属柱塞和陶瓷柱塞的缺点，但是由于陶瓷柱塞涂层的制备主要依靠火焰喷涂和等离子喷涂技术，涂层质量差，而且喷涂层与基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷，孔隙率高，最后还需要封孔处理才能达到使用的要求。因此，高质量的陶瓷涂层是制备复合材料柱塞的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种乳化泵柱塞的喷涂陶瓷涂层的制备方法，通过在乳化泵柱塞上先喷涂一层特殊组分的金属与陶瓷复合过渡层后在其上再喷涂上陶瓷面层，得到涂层表面均匀、密度和硬度高、性能好、寿命长的优点，相对于全陶瓷柱塞不易损坏、涂层与基体结合力强且可修复，扩大了柱塞的应用范围。为实现上述目的，本专利技术提供了以下的技术方案：本专利技术第一方面提供了乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法，包括以下步骤：(1)将金属柱塞基体进行除油处理，烘干后喷砂；(2)将喷砂后的金属柱塞进行预热，在金属柱塞上采用超音速等离子喷涂金属与陶瓷的复合过渡层；(3)喷涂完复合过渡层后，在复合过渡层表面上采用超音速等离子喷涂陶瓷面层；(4)对喷涂完陶瓷面层后的金属柱塞进行粗磨、精磨和抛光处理，得到复合涂层。优选的，步骤(2)中所述的复合过渡层为NiCrAl与Al2O3的复合层，所述的陶瓷面层的组分为Al2O3与TiO2。优选的，所述的复合过渡层中Al2O3占所述金属过渡层的重量分数为10-30％，所述的陶瓷面层中TiO2占所述陶瓷面层的重量分数为10-15％，使得NiCrAl-Al2O3的复合过渡层与陶瓷面层具有较高的粘结强度。优选的，所述复合过渡层的厚度为0.03-0.05mm，所述陶瓷面层的厚度为0.3-0.4mm，使得到的复合过渡层和陶瓷面层之间的粘结力、致密度性能最佳。优选的，步骤(3)中所述超音速等离子喷涂陶瓷面层时喷涂的距离为60-120mm，比如70mm，100mm。由于热喷涂涂层的致密性、结合度和可靠性在很大程度上依赖于喷射的速度，当采用的喷涂的距离为60-120mm之间时，涂陶瓷涂层粒子的平均速度就可高达400-450m/s，比如430m/s；同时，喷涂陶瓷涂层的温度根据电流和电压的不同，通过功率调节控制喷涂的温度范围在2800-3200℃之间。优选的，步骤(3)中超音速等离子法喷涂陶瓷面层的喷涂电流为300-400A，进一步优选为350-400A；喷涂电压为100-150V，进一步优选为110-130V；喷涂功率为38-50kW，主气Ar流量：140L/min；辅气H2流量：35-40L/min；送粉量：30-35g/min。优选的，步骤(2)中为了避免因冷热不均匀而导致涂层喷爆，将喷砂后的金属柱塞基体预热到80-120℃，并且在金属柱塞上喷涂Al2O3与NiCrAl的复合层作为复合过渡层。从而在金属基体表面制备得到一种性能良好的金属过渡涂层，改善了金属柱塞与陶瓷面层物理相容性和抗氧化腐蚀的作用，金属过渡涂层表面致密，其厚度为0.03-0.05mm，具有超强度结合力和耐腐蚀性，其韧性好、硬度高，不容易产生裂纹或发生脆性脱落。优选的，步骤(1)将金属柱塞基体进行除油预处理，除去柱塞基体表面上的氧化皮、油脂及其它污物等以提高涂层和基体的结合强度；然后，烘干金属柱塞基体后对涂层区使用碳化硅砂进行喷砂处理，非涂层区用夹具保护。喷砂处理能够使得净化过的柱塞基体表面具有一定的粗糙度，从而使金属基体表面和后期喷涂的陶瓷涂层产生良好的机械结合。优选的，步骤(1)中对金属柱塞基体的涂层区域进行高速喷砂，采用碳化硅喷料，调节喷砂的压力4-8kg/cm2，喷砂距离为10-30mm，优选15-25mm，比如20mm，130mm；喷砂角度为80-90°，比如80°。由于喷料对金属柱塞基体表面的冲击和切削作用，使金属柱塞基体的表面获得一定的清洁度和粗糙度，使金属柱塞基体表面的机械性能得到改善，因此，提高了其抗疲劳性，增加了金属柱塞基体与复合涂层之间的附着力，有利于后续的热喷涂效果。优选的，为消除涂层的缺陷，改善涂层性能，步骤(4)中使用人造金刚石砂轮进行所述的粗磨、精磨和抛光处理，所述人造金刚石砂轮的直径分别为100-200目、700-1000目及2000-2700目。通过使用不同直径的金刚石对金属柱塞基体的磨削，能够进一步地减小了金属柱塞表面的粗糙度。优选的，步骤(4)中所述的粗磨和精磨加工工序中将金属柱塞上的陶瓷面层磨削掉0.15-0.2mm，比如0.15mm，0.18mm，精磨后的表面光滑，摩擦系数低，降低摩擦热的产生，使其能够合适地安装到乳化泵柱塞孔上的要求。本专利技术第二方面提供一种乳化泵柱塞，包括金属柱塞基体和复合涂层，利用上述的方法制备得到的复合涂层。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的有益效果在于：本专利技术提供了一种乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法，通过在乳化泵柱塞上利用超音速等离子分别喷涂一层以NiCrAl与Al2O3作为粘结层的复合过渡层，喷涂粘结底层的目的是在于改善工作涂层的结合性能和应力分布状况，起到粘结和过渡层作用。在复合过渡层上继续喷涂上Al2O3与TiO2的陶瓷面层，通过控制复合过渡层中Al2O3以及陶瓷面层中TiO2的比例，使得柱塞表面上形成具有高硬度、高粘结力的复合涂层。其相对于全陶瓷柱塞，本专利技术的金属-陶瓷复合柱塞具有不易损坏、涂层与基体结合力强及可以修复等特点，降低了制备的成本，扩大了柱塞的应用范围。本专利技术的制备方法通过对喷涂的泵柱塞基体表面先进行清洗、喷砂和打底层处理，再采用超音速等离子喷涂技术在金属基体的表面喷涂一层厚度为0.03-0.05mm的复合过渡层及厚度为0.3-0.4mm的Al2O3与TiO2的陶瓷面层，然后使用外圆磨床对陶瓷面层进行磨削和抛光，使得金属柱塞具有涂层表面均匀，复合涂层的结合强度大，致密性高，孔隙率低。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明，显然描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是属于本专利技术保护的范围。本专利技术在实施例中所用的原料和设备见下表1：表1下述各实施例中的泵柱塞性能采用测试方法如下：(1)喷砂操作步骤：按照GB/T9793-2012对金属柱塞基体进行喷砂处理。(2)喷涂复合过渡层的操作步骤如下：在高压静电场下，将喷粉枪接负极，工件接地构成回路，合金粉末借助压缩空气由喷枪喷出，喷涂到金属柱塞的工件上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法，包括以下步骤：(1)将金属柱塞基体进行除油处理，烘干后喷砂；(2)将喷砂后的金属柱塞进行预热，在金属柱塞上采用超音速等离子喷涂金属与陶瓷的复合过渡层；(3)喷涂完复合过渡层后，在复合过渡层表面上采用超音速等离子喷涂陶瓷面层；(4)对喷涂完陶瓷面层后的金属柱塞进行粗磨、精磨和抛光处理，得到复合涂层。

【技术特征摘要】
1.乳化泵柱塞喷涂复合涂层的方法，包括以下步骤：(1)将金属柱塞基体进行除油处理，烘干后喷砂；(2)将喷砂后的金属柱塞进行预热，在金属柱塞上采用超音速等离子喷涂金属与陶瓷的复合过渡层；(3)喷涂完复合过渡层后，在复合过渡层表面上采用超音速等离子喷涂陶瓷面层；(4)对喷涂完陶瓷面层后的金属柱塞进行粗磨、精磨和抛光处理，得到复合涂层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的复合过渡层为NiCrAl与Al2O3的复合层，所述的陶瓷面层的组分为Al2O3与TiO2。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的复合过渡层中Al2O3占所述复合过渡层的重量分数为10-30％，所述的陶瓷面层中TiO2占所述陶瓷面层的重量分数为10-15％。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述复合过渡层的厚度为0.03-0.05mm，所述陶瓷面层的厚度为0.3-0.4mm。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)中所述超音速等离子喷涂陶瓷面层时...

【专利技术属性】
技术研发人员：原长锁，杨建峰，高昌乐，王旭东，王子敬，王波，李春芳，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华神东煤炭集团有限责任公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11