一種提高難熔金屬制品發(fā)射率的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬制品表面處理領(lǐng)域，特別設(shè)及一種提高難烙金屬制品發(fā)射率的處 理方法，該方法通過(guò)預(yù)處理后的難烙金屬基體材料的表面進(jìn)行等離子體噴涂處理和熱處 理，提高難烙金屬制品的發(fā)射率。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)難烙金屬制品表面進(jìn)行處理，可W增加難烙金屬制品的發(fā)射率。運(yùn)種處理后的 難烙金屬制品在用作發(fā)熱或者吸熱用途時(shí)，具有較處理前更高的效率。
[0003] 熱量從空間一物體向另一物體，或者同一物體的一部分向另一部分的傳遞過(guò)程稱 為傳熱或者熱交換。熱量總是從溫度高的部分向溫度低的部分傳遞。熱交換的方式非常復(fù) 雜，一般將其分為=種基本形式，即熱傳導(dǎo)，對(duì)流放熱和福射換熱。福射換熱是指不相接觸 的兩物體間，W福射波的形式傳播熱量的過(guò)程。只要物體溫度大于熱力學(xué)溫度零度，物體總 是將自身熱能的一部分W福射波的形式向周圍福射。對(duì)于大多數(shù)固體材料，在單位時(shí)間內(nèi) 向空間福射的熱量為：
[0004]
陽(yáng)0化]式中：C。絕對(duì)黑體的福射系數(shù)；e :發(fā)射率；F :物體表面積；T :物體表面熱力學(xué)溫 度。
[0006] 從式中可W看到，熱流與物體的表面積、溫度W及發(fā)射率成正比。發(fā)射率指物體 的福射能力與相同溫度下黑體的福射能力之比稱為該物體的發(fā)射率或黑度，也成為比福射 率。物體的發(fā)射率不僅和材料種類相關(guān)，也和材料的表面狀態(tài)有很大關(guān)系。金屬材料的發(fā)射 率隨表面溫度的上升而增大，而非金屬材料的發(fā)射率一般是隨表面溫度的上升而減小。金 屬材料的發(fā)射率比非金屬材料的小得多。對(duì)于難烙金屬，其室溫時(shí)的發(fā)射率一般在0. 1左 -?" O
[0007] 目前常用的提高金屬制品表面發(fā)射率的方式主要有：機(jī)械加工、化學(xué)蝕刻和增加 涂層。
[0008] 通過(guò)機(jī)械加工對(duì)材料的表面進(jìn)行處理，例如打磨、噴砂、滾壓等方式。機(jī)械加工的 主要缺點(diǎn)在于增大效果不穩(wěn)定，難W達(dá)到批次穩(wěn)定性，而且發(fā)射率增加的效果非常有限，在 高溫下作用不明顯。
[0009] 化學(xué)蝕刻則采用無(wú)機(jī)酸等強(qiáng)的腐蝕劑對(duì)材料進(jìn)行表面處理。例如：中國(guó)專利申請(qǐng) "用來(lái)提高材料的發(fā)射率的系統(tǒng)和方法"（【申請(qǐng)?zhí)枴?00480043268. 8)，記載了一種用來(lái)提高 固體材料的發(fā)射率的系統(tǒng)和方法，首先對(duì)所述材料的表面進(jìn)行機(jī)械處理，W形成微型缺陷， 然后進(jìn)行蝕刻，W形成深的微型粗糖表面結(jié)構(gòu)。通過(guò)運(yùn)種方式，當(dāng)運(yùn)些經(jīng)改良的材料被用于 加熱元件的時(shí)候，可W獲得較高的效率和較低的能耗。因此根據(jù)該方法制造的改進(jìn)的加熱 元件在用于各種加熱裝置的時(shí)候，能夠在較低溫度下操作，具有較長(zhǎng)的壽命。由于難烙金 屬一般具有良好的耐腐蝕性能，因此用來(lái)做化學(xué)蝕刻的腐蝕劑一般毒性較強(qiáng)，對(duì)環(huán)境污染 較為嚴(yán)重。此外無(wú)機(jī)酸在常溫下蝕刻比較緩慢，為了加速反應(yīng)進(jìn)行，通常采用強(qiáng)的混合酸或 加熱酸液促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，運(yùn)進(jìn)一步加劇了環(huán)境污染的發(fā)生，在蝕刻完成后，廢液的處理也會(huì) 對(duì)環(huán)境問(wèn)題造成嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。
[0010] 常用的增加涂層的方式為在材料外表面利用膠粘劑、噴涂、或氣相沉積等涂覆一 層高發(fā)射率的異種材料。例如將具有高發(fā)射率的陶瓷材料、或有機(jī)物噴涂或絲網(wǎng)印刷到基 體材料上面。中國(guó)專利申請(qǐng)"高發(fā)射率陶瓷涂料"（【申請(qǐng)?zhí)枴?2107317. 8)，記載了一種高發(fā) 射率陶瓷涂料（節(jié)能紅外涂料）由Mn02、C〇203、化0、CeO和化203等粉料混勻后經(jīng)過(guò)反應(yīng) 燒結(jié)1~2小時(shí)，粉碎磨細(xì)成320目W下的粒度，采用特種無(wú)機(jī)水基粘結(jié)劑和特殊工藝可牢 固地涂敷在金屬基體上，解決了涂料與金屬基體的粘結(jié)難點(diǎn)。本涂料廣泛適用于機(jī)械、化 工、輕紡等工業(yè)的加熱元件，如制成高效節(jié)能紅外電阻爐可節(jié)能30~50%，亦廣泛應(yīng)用于 航空航天領(lǐng)域中的高溫受熱部件，降低熱應(yīng)力，延長(zhǎng)部件壽命。運(yùn)種方式在較低的溫度下可 W方便的提高材料的發(fā)射率。需注意的是，運(yùn)些陶瓷或有機(jī)物在較高的溫度下容易釋放一 定的其它物質(zhì)。而半導(dǎo)體或醫(yī)學(xué)等要求高純凈的領(lǐng)域則嚴(yán)格禁止此類現(xiàn)象的發(fā)生，因此通 過(guò)基體表面涂覆異種材料增加發(fā)射率的應(yīng)用范圍就受到一定的限制。此外涂層與基體材料 的結(jié)合力也較弱，運(yùn)種結(jié)合力弱的主要原因在于基體與涂層之間的熱膨脹系數(shù)并不相同， 運(yùn)種膨脹系數(shù)的不同導(dǎo)致涂層和基體在高溫下差生內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致涂層失效。即便在較低的溫 度下，頻繁劇烈的溫度變化也會(huì)導(dǎo)致涂層的失效。
[0011] 等離子噴涂屬于熱噴涂技術(shù)，它是將粉末材料送入等離子體（射頻放電）中或等 離子射流（直流電?。┲校狗勰╊w粒在其中加速、烙化或部分烙化后，在沖擊力的作用下， 在基底上鋪展并凝固形成層片，進(jìn)而通過(guò)層片疊層形成涂層的一類加工工藝。它具有生產(chǎn) 效率高，制備的涂層質(zhì)量好，噴涂的材料范圍廣，成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前的科研和實(shí)踐中 均需要一種利用等離子噴涂方式的提高難烙金屬發(fā)射率的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明提供一種提高難烙金屬制品發(fā)射率的處理方法，該方法通過(guò)預(yù)處理后的難 烙金屬基體材料的表面進(jìn)行等離子體噴涂處理和熱處理，提高難烙金屬制品的發(fā)射率。
[0013] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0014] 一種提高難烙金屬制品發(fā)射率的處理方法，包括W下步驟：
[0015] 等離子體噴涂步驟：對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的難烙金屬基體材料的表面進(jìn)行等離子體噴涂 處理，得到噴涂后的難烙金屬制品；
[0016] 熱處理步驟：將所述噴涂后的難烙金屬基體材料進(jìn)行熱處理，得到熱處理后的難 烙金屬制品。
[0017] 進(jìn)一步地，所述難烙金屬基體材料為含有鶴、鋼、鍊、粗中的一種或多種元素的金 屬基體材料。
[0018] 進(jìn)一步地，所述預(yù)處理，包括對(duì)所述難烙金屬基體材料的表面進(jìn)行清洗處理和噴 砂處理。
[0019] 進(jìn)一步地，所述清洗處理，包括物理清洗處理和/或化學(xué)清洗處理。
[0020] 進(jìn)一步地，所述噴砂處理，采用剛玉作為噴砂介質(zhì)，目數(shù)為10~150目、壓力為 0.1 ~I. 5MPa、噴砂距離為5~60cm、角度為5~90。；優(yōu)選地，目數(shù)為20~120目、壓力 為0. 2~1. OMPa、噴砂距離為10~50畑1、角度為10~80。。
[0021] 進(jìn)一步地，所述等離子體噴涂處理中，采用的等離子體噴涂金屬粉末為：能夠與所 述難烙金屬基體材料形成一定固溶度的難烙金屬粉末。
[0022] 進(jìn)一步地，所述等離子體噴涂處理中，采用的等離子體噴涂金屬粉末為，與所述難 烙金屬基體材料的材質(zhì)相同的難烙金屬粉末，和/或與所述難烙金屬基體材料的材質(zhì)形成 互溶的難烙金屬合金粉末。
[0023] 進(jìn)一步地，所述等離子體噴涂處理中，采用的等離子體噴涂金屬粉末的粒度為 1. 0-30微米，優(yōu)選為3. 5-20微米。
[0024] 進(jìn)一步地，所述等離子體噴涂處理中，電弧功率10~80KW、主氣體流量10~80L/ min、距離5~50畑1、角度10~90。、送粉速率3~30g/min，涂層厚度為0. 1~1. Omm ;優(yōu) 選地，電弧功率20~60KW、主氣體流量20~50L/min、距離10~30cm、角度30~90。、送 粉速率5~25g/min，涂層厚度為0. 1~0. 5mm。 陽(yáng)0巧]進(jìn)一步地，所述熱處理在還原或惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行，溫度為1000-2500°C，時(shí)間 為3-8小時(shí)；優(yōu)選地，溫度為1500-2100°C，時(shí)間為4-6小時(shí)。
[00%] 圖1該處理方法的原理圖。為如圖1所示，根據(jù)具體要求不同，選擇合適的難烙金 屬基體材料1，并根據(jù)難烙金屬基體材料1選擇合適的噴涂金屬粉末2 ;對(duì)難烙金屬基體材 料1首先進(jìn)行清洗，去除表面油污及氧化物等污染；隨后對(duì)難烙金屬基體材料1表面進(jìn)行噴 砂處理，使其失去光亮面，整個(gè)待噴涂表面顯露出灰色光澤；再次對(duì)難烙金屬基體材料1進(jìn) 行清洗，洗掉灰塵W及油污；在洗凈的難烙金屬基體材料1表面使用等離子體噴涂的方式 將噴涂金屬粉末2均勻涂覆在基體材料1的表面，從而得到帶有涂層的難烙金屬制品3 ;對(duì) 材料帶有涂層的難烙金屬制品3進(jìn)行熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力并使基體材料與涂層有更好的互 溶度，帶有涂層的難烙金屬制品3不僅涂層與基體之間結(jié)合緊密，而且具有較高的發(fā)射率。
[0027] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明在進(jìn)行等離子體噴涂前，首先需要對(duì)難烙金屬制品表面進(jìn)行預(yù)處理，包 括清潔待噴涂表面，采取相應(yīng)措施增加表面附著力等，隨后再進(jìn)行等離子體噴涂處理，所W 使金屬基體材料與金屬涂層具有良好的結(jié)合。
[0029] 2、本發(fā)明采用等離子體噴涂的方法對(duì)難烙金屬制品表面進(jìn)行涂覆處理，所W可提 高材料的發(fā)射率；運(yùn)種處理后的制品，在用作發(fā)熱體時(shí)，具有較好的電熱轉(zhuǎn)換效率，在用作 吸熱材料時(shí)，其吸收效率也得到大幅提高。
[0030] 3、本發(fā)明對(duì)噴涂后的制品進(jìn)行熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力，并進(jìn)一步提高涂層附著力。
[0031] 4、本發(fā)明的各個(gè)步驟間協(xié)同作用，并選用適當(dāng)?shù)膮?shù)，共同提高了產(chǎn)品質(zhì)量：提高 了難烙金屬制品發(fā)射率，加強(qiáng)了涂層和基體間的結(jié)合力。
【附圖說(shuō)明】