[发明专利]一种喷涂预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面处理领域，具体涉及一种使用干冰的预处理方法。

背景技术

喷涂技术在航空航天、交通运输、能源电力、石油化工、机械建筑等领域得到越来越多的应用，涂层与基体结合的可靠性也成为工业界所关注的焦点问题。

大多数情况下，热喷涂涂层与基体之间以机械咬合、物理连接的方式进行结合，其结合强度与热喷涂前基材的表面质量紧密相关。因此喷涂前的表面预处理是热喷涂技术中十分重要的工序。

热喷涂前对金属基体的热处理一般包括净化处理和粗化处理两个环节。净化处理是指去除工件待喷涂表面的油污、氧化物、油漆及其他污物，目前在热喷涂预处理中使用的净化处理方法主要是化学除油、蒸汽除油、蒸汽吹洗、酸洗、超声波清洗以及干冰清洗等方法。而粗化处理则是通过相关的处理使净化后的基体形成粗糙的表面，与喷涂颗粒形成更多的“抛锚”咬合点，促进喷涂涂层与基体的紧密结合，常用的粗化处理有喷砂、水流喷射、机加工、电拉毛、激光烧蚀以及化学腐蚀等方法。其中，喷砂预处理操作简单，适用性广，因此是目前热喷涂行业中应用最为普遍的喷涂前表面预处理方法。

喷涂前的喷砂预处理一般为干喷砂处理。喷砂预处理的作用主要是使待喷涂表面粗化和活化。其原理是利用高压气流将磨料加速，然后喷射到基体表面，通过磨粒的冲蚀作用粗化基体表面。主要参数有磨粒的材料、尺寸、弹性模量、硬度；基体的弹性模量、硬度、厚度；磨粒输送原理(吸入式或压入式)；喷砂角度、喷砂距离、喷砂搭接率；压缩空气压力等。

对于喷砂处理后的基材表面粗糙度与涂层结合强度的关系，主要有两方面。，对于一定尺寸分布的喷涂粉末，过大或者过小的基体粗糙度往往都不利于涂层的结合，例如，对于喷涂平均粒度30微米的氧化铝粉末，表面平均粗糙度只有在粗糙度Ra 5～6微米的范围时是涂层的结合性能最佳。因此，针对不同的粉末、工艺，相应的粗化处理的粗糙度值有大有小。但是一般来说，通过干喷砂工艺处理的表面，针对通用的大多数涂层，粗糙度越大，涂层的结合性能越好。

喷砂预处理也存在一些不足。例如喷砂过程中产生的粉尘和噪声污染；喷砂薄壁件时，容易造成零件变形等问题。这其中最显著的问题是喷砂过程中基体表面容易存在残余磨粒。尤其对于不锈钢、铝合金等塑性较好的基体，喷砂时磨粒容易嵌入基体，难以去除。

这种磨粒残余的现象有对很多涂层性能都有影响，列举如下：

1.降低了基体表面完整性，实质是引入了夹杂颗粒，造成了界面污染。

2.局部破坏了热喷涂时熔融或半熔融的喷涂粉末或线材熔滴在基体表面的润湿性。

3.阻碍了基体和涂层的互扩散。

4.对涂层/基体界面的应力场造成影响。

5.对导电、导热等一系列物理性能造成影响。

这些影响在有些情况下是必须考虑的。例如在植入性的生物医学方面，要求涂层本身和涂层/基体界面不能有任何的残留。又例如钴-碳化钨耐磨涂层对界面的夹杂物含量有严格的控制，因为界面夹杂与涂层结合力息息相关。磨粒造成的界面污染中，包括磨粒碎片附着在基体表面上，或是是磨粒碎片嵌入在基体表面内。附着在基体表面上的磨粒碎片在经过传统清洗工艺，例如压缩空气冲洗或超声波溶剂清洗后，往往大多数容易被清除。而嵌入在基体表面内的磨粒碎片在经过上述两种方法或其他目前常用喷涂前预处理方法后，清除效果却不明显。所以，总的来说，针对这种喷砂磨粒残余造成的界面污染，采用目前的通用方法并不达到很好的解决效果。

干冰清洗目前往往主要是作为清洗工艺存在。该技术源于美国。1945年美国海军率先将干冰颗粒作为喷射介质用于清理各种顽固的油脂及混合物，取得了良好的效果。六七十年代，以美国为首的一批学者就以干冰等“可挥发性”颗粒作为介质的喷射式清洗技术进行了深入的研究和广泛的尝试，奠定了干冰清洗技术的基础。20世纪80年代，随着干冰生产设备的日趋小型化、低成本化，干冰清洗技术也在不断的取得工业用户的认可，被越来越广泛的应用于各个领域。这一时期也是干冰清洗设备快速发展的时期，喷射载气压力由开始的1.4MPa下降到现在的0.5MPa，由原来的双管喷射改为单管喷射，新的喷嘴技术使设备迅速小型化，设备的易用性和经济性以及清洗效果明显提高。目前，干冰清洗技术已经被美国的各行业所广泛采用。欧洲、日本等发达国家的应用也是分普遍，德国、瑞士、丹麦、英国、意大利等国家均有实力较强的企业在生产制冰机和清洗机，其在本土和国外的销售成就有利的促进了干冰清洗技术在全球的推广。高性能的干冰清洗设备正在成为一些行业中不可或缺的重要辅助设备。

发明内容