JB/T 7703-1995 热喷涂陶瓷涂层 技术条件

A29中华人民共和国机械行业标准JBT7703-95热喷涂陶瓷涂层技术条件1995-06-20发布1996-01-01实施中华人早共和机下业些中华人民共和国机械行业标准JB/T7703-95热喷涂陶瓷涂层技术亲件I主题内容与适用范围本标准规定了热喷涂陶瓷粉末材料、工艺及涂层设计表示方法陶瓷涂层质量检验,喷涂陶瓷涂层制品的包装与运输及喷涂安全操作规则。给出了热喷涂陶瓷涂层工艺流程的通用技术条件的指南。本标准适用于等离子喷涂工艺喷涂陶瓷粉末材料,制备耐蚀、耐磨、耐热、绝热、热障、绝缘辐射等丧面功能涂层,以改善制品的性能。本标准对火焰喷涂、超音速火焰喷涂及爆炸喷涂制备陶瓷涂层,亦有指导作用。2引用标准GB6462金属和氧化物覆盖层横断面厚度显微镜测量方法GB8642热喷涂层结合强度的测定GB9790金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验GB11373热喷涂金属件表面预处理通则GB11374热喷涂涂层厚度的无损测量方法GB11375热喷涂操作安全GB12607热喷涂涂层设计命名方法GB12608热喷涂涂层材料命名方法3热噎涂陶瓷材料、工艺及涂层设计表示方法3.1热喷涂常用陶瓷涂层材料根据GB12608的规定,热陶瓷粉末材料以P7XX×表示,7为陶瓷涂层大类代号,第二位阿拉伯数字为分类代号,后两位阿拉伯数字为顺序号。常用的热喷涂陶瓷粉末材料的牌号、成分及性能列于附录A(补充件)表A13.2热喷涂陶瓷涂层的工艺方法适用于陶瓷粉末材料的热喷涂工艺有六类按GB12607的规定,其标记列于附录B表B133热喷涂陶瓷涂层设计表示方法热喷涂陶瓷涂层系统的设计与表示方法,按GB12607的规定执行。以钢质基体上等离子喷涂Al2O3+13%TO2陶瓷复合粉末(P7112).喷砂预处理NiCr合金粉末(P1501)打底,封孔磨削精加工的热喷涂涂层系统为例其涂层设计表示方法如下机械工业部19950620批准199601-01实施JB/T7703-95T·2·P1501/m112·1/3涂层精加工,磨削一涂层后处理,封孔面层陶瓷涂层材料粘结底层材料气稳等离子喷涂喷砂预处理热喷涂代号4热喷涂陶瓷涂层工艺通则热喷涂陶瓷涂层是一个工艺流程系统。首先,应根据制品的服役条件或失效分析,确定对涂层的性能要求,据以选择恰当的热喷涂材料、设备及工艺。然后,实施热喷涂工序施工,包括:基体的表面预处理,热喷涂工艺涂层封孔及精加工,涂层质量检验。每道工序都必须严袼按操作规程进行,检验合格,方能进行下一道工序。本标准只提供热喷涂陶瓷涂层的工艺通则。特定制品、特定涂层、特定工艺其具体指标参数应由专项标准确定。4.上涂层系统设计41.1确定对涂层的功能要求应确切了解欲喷涂制品的服役条件,或制品在使用过程中的失效原因,确定对涂层的功能要求4.1.2涂层材料的选择只有熟悉并掌握丰富、全面的材料科学知识,才能做到正确合理地进行涂层系统设计,选择涂层材料。有关这方面的资料,可参考“机被制造工艺材料技术手册”第九篇“热喷涂材料技术手册”(机械工业出版社,1993,第一版)。4.1.2.I陶瓷凃层材料的选择:某一特定用途的陶瓷涂层材料的选择,应根据涂层的服役条件所确定的对涂层功能的要求,综合考虑不同陶瓷材料的多种性能,如硬度、熔点、热导率、耐蚀性、耐磨性及电学性能等,加以比较选择。常用的热喷涂陶瓷材料见附录A表A14.1.2.2打底涂层材料的选择:当被喷涂的基体材料与陶瓷涂层材料的粘附性能不好时,常用打底涂层来改善基体与涂层的结合性能打底涂层材料具有下述一个或多个特性:阻.“自粘结”效应一一在热喷涂火焰的高温下,涂层材料不同组分能发生放热化学反应,使涂层与基体形成微区冶金结合。最典型和应用最广的“自粘结打底涂层材料是镍铝复合粉末。b.“粗化”效应——粘结底层的表面比喷砂粗化处理的基体表面列不规则,因而陶瓷涂层能与之形成更强的机械嵌合。c.“帘棚屏蔽”效应—打底涂层具有比基体材料更好的抗氧化能力和耐蚀性能,在陶瓷涂层与基体之间起屏蔽帘栅作用,能将热喷涂陶瓷涂层固有的孔隙引起的基体氧化或腐蚀降至最小。d.“缓冲”效应—打底涂层的热胀系数,介于基体和陶瓷涂层之间,且在机械及热负荷下具有足够的韧性,能对因基体与陶瓷涂层的膨胀系数不同而产生的应力起“缓冲”作用。常用的“自粘结”打底涂层材料是Ni-Al复合粉末此外,还有 NiCrAl、 NiCrAlY、 CoCrAIY复合粉末。其他打底涂层材料有Mo(不适用于400C以上氧化性气氛中工作)NCr合金(在1000℃C高温下满意地用作陶瓷涂层的粘结底层)在塑料之类的低熔点材料上喷涂陶瓷涂层,常采用锡、锌、铝、铜作打底涂层材料4..2.3阶梯涂层:当金属基体与陶瓷涂层界面间的物理性能.如韧性、热膨胀性及晶体结构等的差异JB/T7703-95很大时,可能导致陶瓷涂层的内应力增大,与基体的粘附性很差,引起涂层失效解决这类难题的办法是采用阶梯涂层结构以实现基体与面层陶瓷涂层间的成分配比及性能的逐渐过渡。阶梯涂层系统示例如下a.约0.1mm厚的打底涂层;b.按65/35比例,喷涂打底涂层材料/面层陶瓷材料的混合物,涂层厚度约0.1mm;c.按35/65比例,喷涂打底涂层材料/面层陶瓷材料的混合物,涂层厚度约0.1mm;d.0.1mm厚的面层陶瓷涂层。此阶梯涂层系统亦可用三层来改进,采用50/50混合物涂层作中间层4.1.3基体材料选择作为热喷凃陶瓷凃层的基怵材料,通常是金属基材料,如钢、铝、钛、铜、青铜及难熔金属等。然而,其他无机材料如陶瓷、金属陶瓷、甚至有机材料简言之,几乎所有的固体材料都可作为基体,其性能均可通过喷凃陶瓷涂层加以改善。41.4热喷涂工艺及设备的选择4.1.4.1热喷涂工艺选择:适合于喷涂陶瓷涂层的热喷涂工艺有六种,如附录B表B1所示。喷涂工艺的确定,应根据陶瓷涂层材料的熔点、热导率耐热震性及涂层与基体的结合强度要求结合生产效率、成本等综合考虑。气稳等离子喷凃工艺是喷凃各种陶瓷涂层最常用的工艺。粉末火焰喷涂工艺广泛用于零部件维修和少量产品生产。超音速火焰喷涂是正在兴起、发展迅速的工艺。4.L.4.2热喷涂设备的选择:根据对陶瓷涂层的功能要求涂层材料及喷涂工艺选择,选定相应的热喷涂设备。设备的调节和操作须严格按照制造厂家的各项说明进行。4.2喷涂陶瓷的基本程序以等离子喷涂陶瓷涂层为例,其操作基本程序列于表1表1喷涂陶瓷的基本程序步骤操作说明基体表面粗化处理前,根据要求,采用溶剂清洗、脱脂、加热等方式除去待喷涂表清洁工件123面上的所有污物遮盖工件使用橡胶、钢、遮蔽带等合适的遮蔽方法,保护所有不需表面预处理的部位基体表面预处理使用清洁、锐利的适当磨料进行喷砂,达到要求的粗糙度。根据需要,亦可续喷粘结底层陶瓷材料选择根据对涂层的功能要求选定陶瓷涂层材料(参考附录A中表A1),确定合适的粒456度及粒度分布工装根据基体的形状和尺寸选用夹具、机械转合及移动装置装喷枪根据需要选用直枪头、带角枪头或加长枪头,选用旋转或可移动式喷枪支架调节水源系统按设备使用说明书要求调节水源及冷却系统。喷枪出口水温以不高于15C为宜8调节气源系统按程序打开主气、辅气及送粉气源,调节至需要参数9装料将粉末装入送粉器粉斗或喷斗中10启动电气系统启动电源开动抽风机,调节各项电参数按規程点枪、起弧、调节各项参数达到射束稳定、集中,获得最佳焰流,使陶瓷粒点枪、调枪子处于充分熔融或至少充分软化状态,具有最佳的粒子速度,形成最佳涂层质量尽可能保证喷枪行走速度均匀,保持喷涂距离不变。根据基体的热敏性、涂层特性12喷涂及厚度,选择喷枪的行走速庋和喷距,选择最佳送粉速率13封孔处理对于耐蚀、绝缘之类涂层,喷涂后应即时进行封孔处理14精饰如需要,可进行磨削加工,磨削加工前亦常进行封孔处理JB/T7703-9543基体表面和制备与预处理4.3.1基体表面和加工要求具体制品对基体表面的设计加工要求(如表面粗糙度、形位公差、倒角、下切等),由特定制品的专项标准规定执行4.3.2基体表面的预处理基体表面预处理的质量,直接影响涂层与基体的结合性能,是整个热喷涂工艺过程成功的关键环节之一,应予高度重视需要特别强调指出喷砂及喷涂用压缩空气,必须是干燥、无油的;喷砂用磨料应是清洁、锐利的以保证基体表面达到清洁、充分粗化、新鲜活化。预处理后表面不允许再被污染。基体表面预处理按GB11373的规定执行。欲喷涂陶瓷涂层的钢铁制件基体表面喷砂预处理,应达到最高级“出白”,即Sa3级。4.4热喷涂工艺正确的热喷涂工艺应使被喷涂的陶瓷粉末颗粒呈熔化或很软的状态高速喷射到经预处理的基体表面上,形成优质涂层。影嘀热喷涂工艺的因素很多,主要包括涂层材料方面(陶瓷材料的熔点、热容、热导率及粉末的粒度与粒度分布);热源方面(焰流的温度与温度分布焰流速度及速度分布、焰流对陶瓷粒子的传热速率、粒子速度及粒子在焰流中的停留时间);基体方面(基体的性质及几何尺寸,要求的涂层厚度)及涂层性能方面(涂层孔隙率要求等),应综合考虑4.4.1基体的遮蔽及温度控制4.4..1基体的遮蔽:喷涂前,应对与喷涂部位邻接的区域进行遮蔽防护,以避免这些部位粘附喷凃粒常用的遮蔽材料有钢带、铜带、热喷涂专用工程带或其他等效材料。在产品生产中,使用水久性的遮蔽件(如护罩)更经济。也可使用水基防粘遮蔽凃料均匀涂覆在不需喷涂的部位。4.4.1.2基体的预热;在喷涂前,可对基体均匀预热至不小于120℃,以除去湿气。但必须细心控制基体温度,不得超过250°否则易导致基体表面的氧化而降低粘结性能。4.413基体过热的控制:在薄壁制件或易产生变形及组织变化的基体(如某些铝合金)上喷涂陶瓷涂层时,应小心避免基体过热当喷凃厚陶瓷涂层时由于已喷涂涂层的隔热效应和涂层积集的温度梯度,都可能使涂层产生问题。工件过热可能使其在冷却至室温后涂层产生层状裂纹或分层剥落。调整喷枪至基体的距离,调节喷枪的移动速度及工件的线速度,使基体充分散热和冷却,有利于防止因基体过热而产生的失效出现。也可提供辅助的冷却空气以防止工件过热44.2热喷涂工艺参数控制4.↓.2.1喷涂设备:不同的热喷涂设备所产生的焰流的温度和速度不冋:不同的喷枪结构甚至喷嘴型号,亦影响焰流的特特。因此应根据选定的陶瓷涂层材料选定相应的喷涂设备、喷枪及喷嘴结构。4.4.22电源功率:等离子喷涂工艺的电功率,直接影响等离子焰流的温度和速度,从而影响陶瓷粒子的熔化状态和粒子速度。调节主气及辅气的流量和压力,保证等离子体的电功率最佳化,对获得优质涂层至关重要。4.4.2.3喷凃距离:当喷射焰流中的陶瓷粒子处于最大速度时撞击到基体表面,此时喷嘴口与基体间的距离为最佳喷涂距离。等离子喷涂工艺的喷涂距离变化在6~20cm之间。喷距小,涂层致密,结合强度好,但基体易过热;喷距大涂层孔隙率增加,结合强度下降。最佳喷涂距离应经试验确定并保持。尽可能采用机械装置进行喷涂,固定安装喷枪,有利于减少人为的影响,保持喷涂距离不变,喷枪移动速度均匀4.4.2.4喷枪移动速度与工件线速度:喷枪移动速度与工件运动线速度的合理匹配,对地每道涂层的JB/T7703-95厚度、涂层的均匀性及基体的受热情况,有重要影响,应通过试验确定并保持。4.4.2.5送粉速挛与涂层厚度控制:送粉速率应根据陶瓷粉末材料的密度、熔点、热容、热导、粒度等因素而适当调整,总之,应以能使几乎所有的陶瓷颗粒能在等离子焰流中熔化的最大送粉量为宜。送粉速率过大,会产生一些未熔化的“生粒”影响涂层质量;送粉速率过小,则降低沉积速率并易使基体过热。最佳送粉速率应由试验确定并保持。离子喷涂陶瓷涂层表面的厚度可在几十微米至数毫米之间调节。水稳等离子喷涂陶瓷涂层的厚度可达20mm。喷枪在基本表面走一单道一般以沉积0.025mm左右为宜,而要保证完全覆盖基体,最小平均厚度通常约为0.075mm。对特定陶瓷涂层的厚度要求,应根据服役条件的要求由试验确定。4.4.2.6操作人员的经验:除了现代化的计算机控制的等离子喷涂机器人之外热喷涂工艺还在很大程序上受操作人员的经验和技能的影响,而且陶瓷材料的热喷涂遇到的问题与传统的金属喷涂不同因此,应对有关人员进行比较系统的培训,充分熟悉工艺规程,方能上岗实际操作4.5陶瓷涂层的封孔处理和粗加工5.1封孔处理所有热喷涂陶瓷涂层都多少有点气孔。气孔率的变化范围很大爆炸喷涂和超音速火焰喷涂的气孔率仅占涂层体积的1%而特种多孔陶瓷涂层气孔率可高达30%。这些孔隙的大多数是相互贯通的。因此涂层对液体和气体是可渗透的。要防止液体和气体对基体可能产生的渗透或腐蚀,就必须封闭这些孔隙。封孔剂的选择应根据涂层的使用条件(耐蚀、绝缘、耐热等)来确定。对于不同服役温度的耐蚀涂层,有一系列封孔材料可供选择:低于60℃的工况,可使用微晶石蜡封孔:60~250℃的使用工况,一些树脂基封孔剂是有效的;某些硅酮基树脂封孔剂,能在450℃长期使用。温度超过450℃,可试验用无机耐高温涂料封孔。要正确选择适于特定条件的封孔剂,最好向有关制造厂家咨询,获得所有相关的理化性能。涂敷封孔剂的方法有真空浸渍法、喷涂法和刷涂法等。对于热喷涂陶瓷涂层中的孔隙通常用喷涂和刷涂法即能有效地封闭。1.5.2精加工热喷涂陶瓷涂层的表面粗糙度Rn值,一般超过3.75m。而许多应用要求更小的表面粗糙度,这可采用磨削精饰来达到。陶瓷涂层的磨削精饰是喷涂陶瓷涂层制品工艺流程的最终关键环节,处理不当,就会前功尽弃。由于陶瓷涂层具有质脆、与基体的结合强度较低、涂层薄、涂层含有一定的气孔等特点因此,陶瓷涂层的磨削与整体材料的磨削有显著的区别4.5.2.1磨削设备:传统的磨床都可用于陶瓷涂层的蘑削,但更要求磨刚性好震动小。4.5.2.2磨料磨具:为了达到最佳磨削效率和经济性,最好采用金刚石砂轮粗磨,再用细绿碳化硅砂轮精磨。砂轮用磨料粒度、粘结剂,应根据具体用途选择。4.5.2.3磨削液:陶瓷涂层盾削时,为防止任何局部过热,应使用大流量的冷却液。最好选用含缓蚀剂的水作冷却液,不要使用水基乳化油冷却液后者易使涂层污染变色。4.5.2.4磨削工艺参数:磨削陶瓷涂层时,应避兔出现砂轮挤压涂层而产生微裂纹或发裂。因此,砂轮线速度和进给量都以较小为宜。具体参数应通过试验确定。5陶瓷涂层质量检验5.1检验项目及检验方法5.1.1外观目检有效表面,应色调均一,不允许有龟裂、疙瘩、结合力不牢以及异物的附着或其他对使用上有害的缺陷。5JB/T7703-955.1.2厚度采用量具直接测量涂层的厚度,或用金相法测量涂层横断面的厚度,或用无损测厚仪测量。按GB646?或GB11374的规定执行。厚度应满足协议要求51.3结合强度涂层与基体的结合强度,按GB8642进行测试应达到协议要求5.1.4硬度耐磨用陶瓷涂层的硬度,按GB9790的规定测量,应符合协议要求5.15孔隙率耐腐蚀涂层经封孔后的涂层孔隙率按铁试剂法进行检查涂层表面应没有通向基体的气孔5.1.6热震性耐热涂层的抗热震性,按下述方法试验涂层不允许有龟裂、剥离或翘起。试验方法:用制品为试样,或采用同等材质,与制品同等条件制备试样。基体尺寸为长50mm、宽50mm厚5~6mm。调好试验温度,即氧化铝为800℃,氧化锆为900℃。然后,将试样和托架一起放入加热炉中加热,到温后保温10min取出,再一起放入常温的清水中激冷。观察试样表面涂层有无裂纹剥离或翘起。加热炉用电阻炉,温度波动范围±5℃。托架最好用不锈钢作支架并用不锈钢丝网作支撑面。5.L.7其他性能陶瓷凃层的其他性能,如摩擦系数、辐射率、介电系数、对显微组织的要求等,可按协议规定的方法进行检测。5.2要求检验的项目所有的陶瓷涂涂层除外观必须符合5.1.1条的要求外,依其应用的不同,建议按协议检验如下的有关项目5.2.1用于耐磨的陶瓷涂层要求检验厚度、结合强度和硬度。分别按5.1.2、5.1.3和5.1.4条的规定进行,并满足要求5.2.2用于耐腐蚀的陶瓷涂层要求检验厚度结合强度和孔隙率。分别按5.1.2、51.3和5.1.5条的规定进行,并满足要求5.2.3用于耐热的陶瓷涂层要求检验厚度和耐热震性。分别按5,1,2和5.1.6条的规定进行,并满足要求。6热喷涂陶瓷涂层的操作安全热喷涂陶瓷涂层是采用可燃气体或惰性气体进行高温喷涂作业的,必须严辂按照高压、易燃、易爆气体的有关规定,储存、运输和使用。操作人员必须熟悉并掌握有关热喷涂设备、工艺的安全操作规程取得合格证,方能实施作业。喷涂陶瓷涂层的安全作业按GB11375的规定执行。7热喷涂陶瓷涂层制品的标志、包装与储运7.1标志热喷涂陶瓷涂层制品,应有标志牌,至少有如下内容制品名称涂层设计代号、生产日期、生产批号检验合格证、生产厂家。72包装与储运热喷涂陶瓷涂层制品,应采用防震泡沫塑料等单件分隔包装用木箱或集装箱运输。严禁摔打。包装箱上应有“易碎”品标志。JB/T7703-95×时oz2ME嶽数思些82呻签器壮腿期撼懣散哒田区世州凶凼类上省赵黑姗酱酸戒阳×x吧实长嚣哲田班实兴霞※鹤田犯只长容炸理袋督蒋田把张张1中匙屎郑JB/T7703-95cEv州酸的写做腿特长管坐京点则佣髓其也世腿写袋縊柔地R张张张张中世录城辅世JB/T7703-95烯L彐习出容拦数走妇凼袋腿示∞a∧S∧长张8次餐×如usoo歌屎粉您地×寸JB/T7703-95附录B喷涂陶瓷粉末材料的热喷涂工艺(补充件)B1喷涂陶瓷粉末材料的热喷涂工艺见表B1。表B1喷涂陶瓷粉末材料的热喷涂工艺喷涂工艺英文代号粉末火焰喷涂Powder flame spraying超音速火焰喷涂supersonic lame spraying爆炸喷涂Detanation flame sprayingFUDP气稳等离子喷涂Gas Plasma spraying水稳等离子喷涂Water plasma sprayingWP高能等离子喷狳High energy plasma sprayingHP附加说明:本标准由全国金属与非金属覆盖层标准化技术委员会提出。本标准由武汉材料保护研究所归口并负责起草。本标准主要起草人邓世均李志宏程旭东。