一種電弧噴涂絲材及其制備、噴涂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電弧噴涂絲材及其制備、噴涂方法，屬于環(huán)境防護(hù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 新一代運(yùn)載火箭發(fā)射平臺在設(shè)計研制時，需在表面涂覆防護(hù)涂層，以防止火箭起 飛過程中高溫高速的燃?xì)饬鲗Πl(fā)射平臺沖刷和燒蝕引起設(shè)備損壞。同時，與以往傳統(tǒng)發(fā)射 平臺相比，新一代運(yùn)載火箭發(fā)射平臺服役在海南，其在儲存、運(yùn)輸、使用過程中均受到海洋 性氣候影響，產(chǎn)品的防腐蝕性能受到很大考驗。
[0003]國內(nèi)現(xiàn)有的火箭發(fā)射平臺涂層體系主要采用703所研制的環(huán)氧有機(jī)涂料或大連 化物所研制的無機(jī)混凝土結(jié)構(gòu)材料，這兩種材料體系耐高溫沖刷性相對一般，涂層在熱流 沖刷后厚度減薄、孔隙增多，局部損傷嚴(yán)重，大幅度降低了耐高溫、防腐蝕性能。因此，每一 次發(fā)射使用后均需花費(fèi)大量人工、周期對破損區(qū)域進(jìn)行重新維護(hù)，特別是轉(zhuǎn)換裝置、服務(wù)塔 等大面積部位，維護(hù)的成本和周期均難以滿足大強(qiáng)度、高頻次的發(fā)射需求，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品 使用進(jìn)度。同時，由于發(fā)射平臺處于海南的海洋濕熱氣候下，原有涂層方案不具備耐候性 能，長期存放或使用將會出現(xiàn)涂層脫落、發(fā)霉等腐蝕失效問題，對發(fā)射平臺造成破壞性影 響，大大縮短其防護(hù)效果和使用壽命。
[0004] 因此，面對運(yùn)載火箭活動發(fā)射平臺防護(hù)涂層耐高溫沖刷、防腐蝕性能的要求，應(yīng)通 過對涂層材料體系的設(shè)計優(yōu)化及一體化涂層制備技術(shù)的研究，改進(jìn)涂層多種功能匹配性 能，解決涂層功能單一、使用壽命低、可靠性差等問題，需提升其功能的全面性和使用壽命， 以滿足使用需求。
[0005] 申請?zhí)枮?01510009704X的發(fā)明專利公開了一種電弧噴涂絲材制備方法，采用粉 芯材料采用的A1203粉料添加SiC的粉料制備絲材，噴涂獲得的涂層具有耐高溫、耐磨和防 滑的性能，然而表面粗糙度較高，Ra值在60~200μm，耐腐蝕性較差較低，絲材的外徑為 3_，涂層金屬相和陶瓷相分布均勻性較差，適用于船甲板、跑道等位置，而對于例如船舷、 臺階、防護(hù)欄，發(fā)射平臺外圍護(hù)欄、走道等耐高溫性和耐磨性要求較低，但耐腐蝕性和耐候 壽命要求較高，且需要涂裝的部位，該絲材并不滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是為了克服海洋性環(huán)境下火箭發(fā)射平臺表面防護(hù)需求的不足，提出 一種兼具防熱、防腐、防滑等功能的新型涂層材料及其制備技術(shù)方法，該技術(shù)所制備的涂層 材料組織結(jié)構(gòu)致密均勻、結(jié)合強(qiáng)度高、涂層表面粗糙度可控，能夠有效提高金屬基體表面的 綜合性能，滿足新型發(fā)射平臺表面防護(hù)的需求。
[0007] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0008] 提供一種電弧噴涂鋁基陶瓷絲材的制備方法，通過以下步驟實現(xiàn)：
[0009] 步驟一：將鋁帶剪裁為指定寬度，將鋁帶沿寬度方向兩側(cè)向上彎折，形成上端開口 的中空結(jié)構(gòu)，作為電弧噴涂絲材的表皮；
[0010] 步驟二：分別選取微米級A1203粉料、納米級A1 203粉料、微米級Si02粉料和納米級 Si〇2粉料，并混合均勻，制備出粉芯材料；
[0011] 步驟三：將步驟二的粉芯材料均勻注入步驟一的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部，將中空結(jié)構(gòu)上端 開口封閉，對將封閉后的鋁帶進(jìn)行擠壓使鋁帶緊密包覆粉芯，然后將包覆粉芯的鋁帶拉拔 為電弧噴涂絲材。
[0012] 優(yōu)選的，所述微米級A1203粉料的粒徑范圍為1~200μL?，所述納米級A1 203粉料的 粒徑范圍為500~990nm，所述微米級Si02粉料的粒徑范圍為1~50μm，所述納米級SiO2 粉料的粒徑范圍為500~900nm〇
[0013] 優(yōu)選的，所述粉芯材料中微米級A1203粉料的質(zhì)量含量為97%~98%，所述納米級 A1203粉料的質(zhì)量含量為1~1. 5%，所述微米級SiO2粉料的質(zhì)量含量為0. 5~1 %，所述納 米級Si02粉料的質(zhì)量含量為0. 1~0. 5 %。
[0014] 優(yōu)選的，所述指定寬度為8~12mm、錯帶厚度為1~1. 5mm;拉拔后噴涂絲材的外 徑為cp2mm±0.1mm，.所述粉芯占所述絲材的質(zhì)量含量的20 %~28%。
[0015] 提供一種電弧噴涂鋁基陶瓷絲材，所述絲材包括鋁制外殼以及粉芯；所述粉芯包 括微米級A1203、納米級A1203、微米級Si02以及納米級的SiO2粉料。
[0016] 優(yōu)選的，所述粉芯占所述絲材的質(zhì)量含量的20%~28%。
[0017] 優(yōu)選的，所述微米級A1203粉料的粒徑范圍為1~200μL?，所述納米級A1 203粉料的 粒徑范圍為500~990nm，所述微米級Si02粉料的粒徑范圍為1~50μm，所述納米級SiO2 粉料的粒徑范圍為500~900nm〇
[0018] 優(yōu)選的，所述粉芯材料中微米級A1203粉料的質(zhì)量含量為97 %~98%，所述納米級 A1203粉料的質(zhì)量含量為1~1. 5%，所述微米級SiO2粉料的質(zhì)量含量為0. 5~1 %，所述納 米級Si02粉料的質(zhì)量含量為0. 1~0. 5 %。
[0019]同時提供一種采用所述電弧噴涂鋁基陶瓷絲材進(jìn)行噴涂的噴涂方法，其特征在 于，步驟如下：
[0020] (1)將所述絲材裝入電弧噴涂設(shè)備送絲機(jī)構(gòu)當(dāng)中待噴涂，噴涂基體為鋼基體或鋁 基體；
[0021] (2)對基體噴涂部位吹砂處理，吹砂選用24~60目棕剛玉，壓縮空氣壓力0· 3~ 0· 6MPa;
[0022] (3)電弧噴涂工藝參數(shù)為工作電壓30~35V，工作電流150~299A，噴距120~ 250mm，空氣壓力0· 2~0· 7MPa，涂層厚度0· 2~1. 2mm。
[0023] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0024] (1)本發(fā)明粉芯材料選擇微米級A1203粉料和納米級A1 203粉料，增加涂層中陶瓷 相的均勻分布性，添加微量的微米級和納米級的Si02粉料，填充陶瓷相和金屬相的孔隙，同 時增強(qiáng)涂層的耐高溫性和熱反射性；噴涂后試樣進(jìn)行靜摩擦系數(shù)、涂層結(jié)合強(qiáng)度性能和耐 鹽霧腐蝕性能測試，測試結(jié)果滿足涂層靜摩擦系數(shù)> 〇. 9,結(jié)合強(qiáng)度多20MPa，涂層經(jīng)360h 鹽霧腐蝕試驗無鼓泡失效，能夠較好的滿足應(yīng)用要求。
[0025] (2)本發(fā)明添加微量的納米級Si02粉料，和微米級的SiO2粉料相互補(bǔ)充，可充分 填充涂層各相晶界間的微裂紋，從微觀層面強(qiáng)化了材料本身的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，同 時提高了涂層的熱反率，保證了涂層在長效防腐前提下的熱反射性能，此外，310 2高溫下具 有玻璃相流體特性，使涂層具有了高溫自愈合性，提高了涂層整體使用壽命。
[0026] (3)本發(fā)明采用鋁帶包覆，率及材料本身具有耐腐蝕的作用，同時增加了涂層的可 塑性，實現(xiàn)鋁基陶瓷復(fù)合涂層的電弧噴涂，相比于采用粉體噴涂材料的等離子噴涂工藝，電 弧噴涂工藝制備的鋁基陶瓷復(fù)合涂層具有更好的涂層均勻性，此外，電弧噴涂工藝操作簡 便，易于外場或現(xiàn)場施工，噴涂效率更高，涂層制備成本也更低。
[0027] (4)噴涂后的涂層組織結(jié)構(gòu)致密均勻、結(jié)合強(qiáng)度高、表面粗糙度可控，能夠有效提 高金屬基體表面的綜合性能，具備防熱、防腐、防滑等功能。
[0028] (5)采用本發(fā)明的絲材噴涂獲得的涂層表面粗糙度Ra值在10~60μm，可滿足不 同表面涂裝的需求。
[0029] (6)本發(fā)明制備的鋁基陶瓷粉芯絲材外徑為Φ2πιπι，這使噴涂后的涂層金屬相含 量增加，提高了涂層的耐腐蝕性能，此外，絲材較細(xì)的外徑更加有利于量化控制涂層的表面 粗糙度，其同時具備的多種優(yōu)良性能使該種涂層可作為其他復(fù)合涂層材料的底層，針對不 同的應(yīng)用工況需求制備出不同功能的復(fù)合涂層材料，應(yīng)用前景廣泛。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明實施例1中制備的Φ2πιπι鋁基陶瓷粉芯絲材截面的掃描電鏡照片；
[0031] 圖2為本發(fā)明實施例1中電弧噴涂鋁基陶瓷粉芯絲材所制備涂層截面的掃描電鏡 照片。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明提供了一種鋁基陶瓷電弧噴涂絲材的制備方法及其噴涂方法，通過以下步 驟實現(xiàn)：
[0033] 步驟一：噴涂絲材表皮選用牌號5052的鋁帶，其中鋁帶寬度為8-12mm、厚度為 1-1. 5_的鋁帶，將鋁帶剪裁為適當(dāng)尺寸，并經(jīng)成型模具彎折為"U型"結(jié)構(gòu)，作為電弧噴涂 絲材的表皮；
[0034] 步驟二：分別選取質(zhì)量含量為97%~98%、粒徑尺寸為1~200μπι的A1203粉料， 質(zhì)量含量為1~1. 5%、粒徑尺寸為500~990nm的A1203粉料以及質(zhì)量含量為0. 5~1%、 粒徑尺寸為1~50μπι的Si02粉末，質(zhì)量含量為0~0. 5%、粒徑尺寸為500~900nm的 Si〇2粉料，并混合均勻，制備出粉芯材料；
[0035] 步驟三：將步驟二的粉芯材料均勻注入步驟一的"U型"鋁帶中，使鋁帶緊密包覆 粉芯，然后將包覆粉芯的鋁帶拉拔為的噴涂絲材，拉拔后噴涂絲材的外徑為2mm±0. 1mm;
[0036] 進(jìn)行噴涂前，還需要進(jìn)行步驟四：即采用纏繞機(jī)構(gòu)將制備的噴涂絲材纏繞成捆，每 一捆電弧噴涂絲材的重量為5-10Kg。
[0037] 通過上述所述方法制備的電弧噴涂絲材，包括