一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，包括以下步骤：步骤一、对低碳钢基体表面进行超声波清洗和喷砂粗化；步骤二、调节超音速等离子喷射枪的送丝位置与喷嘴的距离和角度，设定参数，在低碳钢基体表面喷涂转移弧制备铝涂层；步骤三、在喷涂环境中自然冷却工件至室温。本发明专利技术提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，通过各项参数的调控显著提高高质量的铝涂层的制备效率。

【技术实现步骤摘要】
一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法
本专利技术涉及涂层制备
，尤其涉及一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法。
技术介绍
低碳钢因其优良的机械性能和较低的成本而广泛应用于汽车、管道、船舶、桥梁等各种工业和军事中，然而当钢铁构件长期暴露在腐蚀环境中(如大气，海水，污水，化学介质等)，其腐蚀十分严重。据统计全世界因钢铁腐蚀造成的损失约占钢产量的十分之一，我国每年由腐蚀造成的经济损失大约占国民的生产总值2％-4％，钢铁材料的腐蚀造成了大量的资源与能源浪费，因此，对钢铁腐蚀防护技术的研究十分重要。铝是钢铁腐蚀防护的最佳保护材料之一。因为铝在大气中极易氧化生成稳定的氧化铝，能够有效的阻止腐蚀介质的渗入，具有良好的阻挡腐蚀介质的隔离防护作用。同时铝又是很好的阳极性材料，它具有比钢铁更负的电极电位，在电解质存在时，对钢铁材料具有牺牲阳极的阴极保护作用。热喷涂技术作为表面工程和再制造工程中的一项重要技术，是指利用某种热源，如火焰、电弧、等离子体等将粉末或丝材形式的喷涂材料熔化，同时借助高速气体将熔融状态的喷涂材料以高速喷射到经过预处理的基体表面形成覆盖层的一种工艺。如今对钢铁材料的防腐，尤其是那些大型、重要的钢铁构件的长期防腐，热喷涂铝涂层是一种较好的保护方法。目前通常采用火焰喷涂、电弧喷涂和等离子非转移弧喷涂技术制备铝涂层。但这些方法缺点也比较突出，例如：(1)火焰喷涂由于其热源温度仅有3100℃，粒子飞行速度慢仅有100m/s，制备铝涂层效率低，质量差；(2)电弧喷涂热源温度可以达到4000℃-6000℃，粒子飞行速度可以达到100-300m/s，其喷涂效率高，但制备的铝涂层氧化程度严重；(3)超音速等离子喷涂热源温度高达11000℃，粒子飞行速度高达700m/s，可制备出高质量的铝涂层，但其喷涂材料采用粉末进给方式，喷涂效率低。针对目前传统热喷涂制备铝涂层存在的问题，需要提供一种高效率制备高质量铝涂层的热喷涂方法。
技术实现思路
本专利技术为解决目前的技术不足之处，提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，通过各项参数的调控显著提高高质量的铝涂层的制备效率。本专利技术提供的技术方案为：一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，包括以下步骤：步骤一、对低碳钢基体表面进行超声波清洗和喷砂粗化；步骤二、调节超音速等离子喷射枪的送丝位置与喷嘴的距离和角度，设定参数，在低碳钢基体表面喷涂转移弧制备铝涂层；步骤三、在喷涂环境中自然冷却工件至室温。优选的是，所述步骤二中，送丝位置与喷嘴的距离d满足：其中，R为铝丝平均直径，V为工作喷涂时工作电压，T为环境温度。优选的是，所述步骤二中，送丝位置与喷嘴的角度α其中，I为工作喷涂时工作电流。优选的是，送丝速率v满足：其中，κ为校正系数，QAr为工作喷涂时氩气流量，为工作喷涂时氢气流量，H为喷涂距离。优选的是，所述步骤二具体的参数设置包括：启弧喷涂参数为：工作电压：0V；工作电流：200-220A；氩气流量：90-100L/min；氢气流量：0L/min；维弧喷涂参数为：工作电压：30-70V；工作电流：100-200A；氩气流量：60-160L/min；氢气流量：2-20L/min；工作喷涂参数为：工作电压：100-150V；工作电流：150-400A；氩气流量：60-160L/min；氢气流量：2-20L/min。优选的是，所述步骤一中采用喷砂机进行喷砂粗化，设定所述喷砂参数满足：喷砂空气压力0.6±0.1Mpa；喷砂距离30±5mm；喷砂角度70±10°。优选的是，所述步骤二中，喷涂材料为纯铝丝；所述纯铝丝的直径为1.8～2.2mm。优选的是，所述纯铝丝的直径为2mm。优选的是，启弧喷涂参数为：工作电压：0V；工作电流：210A；氩气流量：95L/min；氢气流量：0L/min；维弧喷涂参数为：工作电压：50V；工作电流：150A；氩气流量：100L/min；氢气流量：10L/min；工作喷涂参数为：工作电压：120V；工作电流：300A；氩气流量：100L/min；氢气流量：10L/min。本专利技术所述的有益效果：提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，通过各项参数的调控显著提高高质量的铝涂层的制备效率。喷涂效率高、工艺稳定；喷涂过程中粒子的氧化程度小，制备的铝涂层结构均匀、组织稳定、涂层孔隙率低，结合强度高。附图说明图1为本专利技术所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层装置图。图2为本专利技术所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法的流程图。图3为送丝位置与喷嘴的距离示意图。图4为送丝位置与喷嘴的角度示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术的本专利技术提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，如图1所示为一种转移弧超音速等离子丝材喷涂装置，包括转移弧等离子喷枪，阳极喷嘴，制冷系统，送丝系统和控制系统。如图1所示，电源包括大电源和小电源，大电源和小电源的负极连接构成电源的负极，正极包括两个正极，分别为：大电源正极和小电源正极。转移弧等离子喷枪的内部钨极连接电源的负极，输出端连接阳极喷嘴。阳极喷嘴连接电源的小电流正极。如图3和4所示，阳极喷嘴的外轮廓呈回转体形状，中心具有通孔，所述通孔包括第一段和第二段，所述第一段套设在转移弧等离子喷枪的阳极上，所述第二段为圆台；第一段与第二段的连接处的半径相同，第一段的端口和第二段的端口半径均大于连接处的半径。送丝接头的一端连接大电流正极，另一端正对所述第二段端口。制冷系统包括制冷机、电转接头、连续水管和水电缆，用于向等离子喷枪提供循环冷却水，对转移弧等离子喷枪进行冷却降温。制冷机包括出水管和回水管，所述出水管连接出水电缆，所述回水管连接回水电缆，所述出水电缆与所述回水电缆连通所述转移弧等离子喷枪。所述负极电缆与所述回水电缆的连接处以及所述正极电缆与所述出水电缆的连接处分别设置水电转接头。所述送丝系统包括：送丝机、送丝软管和送丝接头，送丝机的输出端连接送丝软管，送丝软管连接送丝接头。金属丝材由送丝机经送丝软管、送丝接头送至喷嘴正前方，送丝接头接电源的大电流正极。控制总成连接所述电源、所述制冷机、所述送丝机、所述转移弧等离子喷枪、氩气、次级气。用于控制整套设备的水、电、气，实时监控设备的运行状态。如图2所示，本专利技术提供了一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其具体工作原理为：小电流维持等离子弧不断弧(喷嘴接电源的小电流正极)，大电流为熔化铝丝的热源(送丝接头接电源的大电流正极)，铝丝送至喷嘴前端时等离子弧被拉出喷嘴孔道至铝丝上，大电流接通，高能、高温等离子弧熔化铝丝的同时，高速等离子射流雾化、加速熔滴，使其喷射至基体表面形成涂层。具体的制备方法包括如下步骤：步骤一、戴橡胶手套拿取低碳钢基体，用镊子夹脱脂棉蘸纯度大于99.7％的无水乙醇清洗低碳钢表面的油渍、污渍。步骤二、超声清洗，并采用喷砂机进行喷砂粗化，用16-20#白刚玉砂粗化低碳钢表面；设定喷砂空气压力0.6±0.1Mpa；喷砂距离30±5mm；喷砂角度70±10°。喷砂至低碳钢表面粗化明显，在阳光或灯光下观察无亮面、无光面。步骤三、将喷砂后的低碳钢固定在喷涂夹具上。步骤四、选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对低碳钢基体表面进行超声波清洗和喷砂粗化；步骤二、调节超音速等离子喷射枪的送丝位置与喷嘴的距离和角度，设定参数，在低碳钢基体表面喷涂转移弧制备铝涂层；步骤三、在喷涂环境中自然冷却工件至室温。

【技术特征摘要】
1.一种转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对低碳钢基体表面进行超声波清洗和喷砂粗化；步骤二、调节超音速等离子喷射枪的送丝位置与喷嘴的距离和角度，设定参数，在低碳钢基体表面喷涂转移弧制备铝涂层；步骤三、在喷涂环境中自然冷却工件至室温。2.根据权利要求1所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，所述步骤二中，送丝位置与喷嘴的距离d满足：其中，R为铝丝平均直径，V为工作喷涂时工作电压，T为环境温度。3.根据权利要求1所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，所述步骤二中，送丝位置与喷嘴的角度α满足：其中，I为工作喷涂时工作电流。4.根据权利要求3所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，送丝速率v满足：其中，κ为校正系数，QAr为工作喷涂时氩气流量，为工作喷涂时氢气流量，H为喷涂距离。5.根据权利要求4所述的转移弧超音速等离子丝材喷涂铝涂层的方法，其特征在于，所述步骤二具体的参数设置包括：启弧喷涂参数为：工作电压：0V；工作电流：200-220A；氩气流量：90-100L/min；氢气流量：0L/min；维弧喷涂参数为：工作电压：30-70V；工作电流：100-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明，靳子昂，马国政，王海斗，王海军，朱丽娜，邢志国，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：北京,11