[发明专利]一种用氧－乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷涂青铜的工艺方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种喷涂青铜的方法，尤其涉及一种用氧-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技术领域。

二、技术背景

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-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-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-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℃，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。

三、发明内容

针对目前现有的在钢铁表面喷涂青铜合金技术的不足，本发明的目的在于提出一种以氧-乙炔作燃烧焰，以压缩空气作为送粉气、加速气和冷却气的亚音速低温喷涂方法，这种方法以镍包铝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。

本发明所述的用氧-乙炔亚音速火焰在钢铁表面喷涂青铜合金的工艺方法，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℃～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；