[发明专利]喷涂材料与轰击微粒相结合实现的热喷涂涂层成形方法

说明书

本发明公开了一种喷涂材料与轰击微粒相结合实现的热喷涂涂层成形方法，包括：喷涂材料通过喷涂热源加热至熔融或完全熔化状态，通过气体射流加速推动，撞击到基体表面或已沉积的涂层表面，与此同时，具有弹塑性应变能的轰击微粒在同一气体射流或单独气体射流的作用下轰击已经扁平化沉积的涂层，与涂层碰撞部分或全部发生反弹而耗散，其中：轰击微粒轰击涂层前的受热温度低于其熔点。本发明通过简单有效、低成本的方法解决了现有热喷涂层残余拉应力大、涂层质量不高等问题，改善了涂层内部的残余应力分布的同时，不影响喷涂材料的沉积效果，进而产生涂层性能强化效应，提高了涂层的本征性能及使用性能。

技术领域

本发明涉及一种喷涂材料与轰击微粒相结合实现的热喷涂涂层成形方法，属于热喷涂技术领域。

背景技术

热喷涂是由大量受热熔化或熔融的粒子高速飞行并沉积到基体表面形成涂层的一种工艺过程。热喷涂的应用已涉及航空、汽车、冶金、印刷、化工等众多工业领域，逐渐成为装备再制造工程中的关键技术并被不断发掘。

目前研究发现，热的喷涂粒子扁平化沉积至基体表面后瞬间凝固形成的骤冷应力是涂层主要的残余应力源，而且是不可避免的。正是由于涂层中骤冷应力的存在，因而使得大多数材料喷涂层的最终残余应力总体上呈现拉应力，这对涂层的结合强度、热冲击、磨损以及疲劳等性能都会产生极为不利的影响，在喷涂加工及后续使用过程中易诱发翘曲变形、剥落，甚至开裂等失效行为。因此，针对涂层中残余拉应力的不利影响，积极探索行之有效的应对方法，是热喷涂技术领域的一项重要工作。

热喷涂层的残余应力源除了骤冷应力外，通常还包括热失配应力，它是在涂层沉积完毕后冷却至室温这一过程中，由于涂层与基体材料热膨胀系数的不匹配而形成的应力，当涂层材料热膨胀系数大于基体材料时，表现为拉应力，反之为压应力。另外，少数喷涂材料在沉积过程中会诱发相变压应力。热失配压应力和相变压应力可以抵消一部分骤冷拉应力，对削弱总体残余应力的不利影响有好处，但是，它们受喷涂材料的限制，不具备普遍性。

值得注意的是，高速火焰喷涂(HVOF或HVAF)可谓是热喷涂技术当中的一枝独秀，从最初的发明到现在也只不过是三十几年的时间，目前却已成为热喷涂当中发展最迅速、应用最广泛的技术之一。一方面，这得益于高速火焰喷涂技术相当高的粒子飞行速度，其使得制备金属、陶瓷及复合涂层时优势相当明显，另一方面，由于高速火焰喷涂的火焰温度适中，使得喷涂一些陶瓷粉末或高熔点金属粉末的涂层时，粉末材料没有完全熔化，具有一定的弹塑性应变能，粉末高速沉积到待喷涂表面时，会产生相当于喷丸效果的锤击压应力，这极大削弱了因骤冷拉应力带来的许多不利影响，使得涂层的总体质量大幅度提升。

冷喷涂技术正是充分利用了喷涂粒子高速撞击待喷涂表面而产生的锤击效应，从而使涂层呈现压应力，但是由于喷涂粒子的温度很低，必须要求粒子的飞行速度足够高且材料易塑性变形，才能完成涂层的可靠沉积。

由此可见，设计出一种在热喷涂过程中可改善涂层内部的残余应力分布，同时不影响喷涂材料的沉积效果，进而产生涂层的性能强化效应，提高涂层性能的技术方案，是目前急需深入挖掘的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷涂材料与轰击微粒相结合实现的热喷涂涂层成形方法，其通过简单有效、低成本的方法解决了现有热喷涂层残余拉应力大、涂层质量不高等问题，改善了涂层内部的残余应力分布的同时，不影响喷涂材料的沉积效果，进而产生涂层性能强化效应，提高了涂层的本征性能及使用性能。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种喷涂材料与轰击微粒相结合实现的热喷涂涂层成形方法，其特征在于，它包括步骤：喷涂材料通过喷涂热源加热至熔融或完全熔化状态，并通过气体射流加速推动，撞击到基体表面或已沉积的涂层表面发生扁平化沉积并不断叠加而实现增厚成形，与此同时，具有弹塑性应变能的轰击微粒在同一气体射流或单独气体射流的作用下轰击已经扁平化沉积的涂层，与涂层碰撞后部分或全部发生反弹而耗散，其中：轰击微粒轰击涂层前的受热温度低于其熔点。