专利名称：耐高温材质构件的喷涂成形方法
技术领域：
本发明涉及利用高能喷涂技术制备耐高温材质构件的方法。
背景技术：
军事技术及空间技术的发展，对装备及所选用的材料提出了越来越高的要求，耐高温性能是很多装备及零部件最重要的技术指标，比如火箭、导弹发动机的喷管和燃烧室等。随着推力的增大和新型燃料的应用，对这些部件的构成材料及耐高温性能提出了更高的要求。
选用相适应的耐高温新材料加工制作出相应的零部件是生产方法之一；但由于耐高温材料往往是难加工材料，怎样将设计好的材料成形为具备一定尺寸和形状的构件是实际工作中面临的主要困难。常规的加工方法，如焊接、铸造、粉末冶金成形、喷射成型等，对这些耐高温材料构件的制造已很难适应了，特别是当这类部件足够大或是为减轻重量使壁厚相当薄时，用这些常规工艺成形将更加困难，甚至是不可能。
以爆炸喷涂为代表的现代高能喷涂技术以高能、高温、高速为发展方向，目前的喷涂温度已超过10000℃，喷射速度达3000m/sec虽然高温及高动能使得几乎世界上已知的所有高熔点材料均可用喷涂技术制备为涂层(涂层厚度一般为0.1-0.8mm)，但尚未发现有人将其用于生产耐高温材质构件，这是因为涂层的制备工艺要比构件的生产工艺简单得多。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种耐高温材质构件的喷涂成形方法。它可生产出常规工艺方法难以制备的耐高温材质构件，具有成形方法相对简单、成形方式灵活、制作的构件尺寸大、生产成本较低、产品质量好的特点。
本发明的技术解决方案之一是，所述耐高温材质构件的喷涂成形方法的步骤为(1)将型模置于可旋转支撑机构上；(2)驱动可旋转支承机构，使所述型模随之转动；(3)采用高能喷涂设备及工艺，用喷涂枪将耐高温材质的粉末状或丝状喷涂材料喷涂到型模上，直至型模上形成的涂层厚度达到构件壁厚要求，停止旋转；(4)所成形构件冷却后，去除型模；(5)用磨削法或电火花加工方法对构件进行精加工，获得最终尺寸的构件。
上述方法通常适用于制造对称的旋转体构件。
本发明的技术解决方案之二是，所述耐高温材质构件的喷涂成形方法的步骤为(1)将型模置于支撑机构上；(2)使喷涂枪绕型模运动，并且(3)采用高能喷涂设备及工艺，用所述喷涂枪将耐高温材质的粉末状或丝状喷涂材料喷涂到型模上，直至型模上形成的涂层厚度达到构件壁厚要求，停止旋转；(4)所成形构件冷却后，去除型模；(5)用磨削法或电火花加工方法对构件进行精加工，获得最终尺寸的构件。
上述方法通常适用于制造非对称构件。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明所述高能喷涂工艺(技术)包括已有技术的爆炸喷涂技术、超音速火焰喷涂技术、超音速电弧喷涂技术、电弧丝材喷涂技术、火焰丝材喷涂技术、等离子喷涂技术、亚音速喷涂技术等。
所述耐高温材质喷涂材料包括用已有技术制备的各种已知高熔点喷涂材料，如Cr3C2/NiCr(可以是65/35型、75/25型)、WC/Co以及铁基耐热钢、镍基高温合金、钴基高温合金、钨及其钨合金、钼及其钼合金、耐高温金属间化合物、金属陶瓷及氧化物陶瓷等。这些喷涂材料可以是已有的粉末状、丝状或内充各种耐高温材料的管状(俗称药芯焊丝)材料。
所述制备型模的材质可采用各种适宜的材料，包括氯化钠、无机盐、石膏、石墨、水泥、石蜡、金属、木材、塑料、型砂等等。
所述可旋转支撑机构的旋转速度根据对成形构件尺寸的大小及成形工艺要求确定，例如可以是5-150rpm。
本发明方法中，由于喷涂技术中原料粒子瞬间沉积的特点，使原料粉中已具备的非晶、细晶、超细晶和纳米结构能够完整地保存在成形构件的基材中，该特征的材料学意义十分明显，对于改善材料的性能、提升所选用材料的品质具有重要意义，也是其它成形加工工艺难以实现的。本发明通过用喷涂技术实现沉积金属、金属间化合物、金属陶瓷、陶瓷等单纯材质构件和具有复杂体系的复合材料、混合材料或假合金等材料的构件，这个特点为耐高温构件的材料设计与优化，以及为功能材料的设计与制造提供了十分广阔的前景。
由以上可知，本发明为一种耐高温材质构件的喷涂成形方法，它可生产出常规工艺方法难以制备的耐高温材质构件，具有成形方法相对简单、成形方式灵活、制作的构件尺寸大、生产成本较低、产品质量好的特点。
图1是第一实施例成形结构剖面示意图；图2是第二实施例成形结构剖面示意图；图3是第三实施例成形结构剖面示意图。
在图中1、4、6-型模，2、5、7-构件，3-圆钢。
具体实施例方式
实施例1用等离子喷涂方法制备一钨构件，构件为锥形壳体件，形状及尺寸见图1，单位为mm，构件壁厚8mm；用氯化钠做成型模，并在型模表面涂刷一层硅酸钠水溶液，干燥后，将型模置于一立式转盘上，转盘以5～30转/分的速度旋转。采用大气或低压等离子喷涂方法将钨粉喷涂到型模上，直到形成与所需构件厚度相适配的涂层厚度，停止旋转；所采用的钨粉纯度为99.5％或以上，粒度为15μm～74μm。
等离子喷涂参数为N2流量2.25M3/hH2流量0.3M3/h送粉气流量 0.6M3/h弧电流 400安培弧电压 80伏特喷涂距离 150mm成型件冷却后，用水溶法去除型模芯，用磨削法进行精加工以获得最终尺寸。
实施例2用爆炸喷涂方法制备Cr3C2/NiCr构件，构件为圆柱形管件，形状及尺寸见图2，单位为mm，构件壁厚6mm；用内置Φ20圆钢的石膏做成型模，此处圆钢作为型模材料石膏的支撑件。将型模置于卧式车床上，并以7.6转/分速度转动，采用爆炸喷涂工艺将Cr3C2/NiCr粉喷涂到型模上，直到形成与所需构件厚度相适配的涂层厚度，停止旋转；Cr3C2/NiCr粉可以是65/35型、75/25型。
喷涂参数为O2压力0.4MPaC2H2压力0.15MPaN2压力0.2MPa空气压力0.2MPa喷涂频率4秒/次喷涂距离170mm成形件冷却后，用车削法去除型模芯，用磨削法进行精加工以获得最终尺寸。
实施例3用超音速火焰喷涂方法制备WC/Co构件，构件为双曲线壳体件，形状及尺寸见图3，单位为mm。构件壁厚6mm。
用内置φ20圆钢的石墨做成型模，圆钢的作用同实施例2。将型模固定在卧式车床上，并以5～30转/分转动，采用超音速火焰喷涂工艺将WC/Co粉末喷涂到型模上，直到形成与所需构件厚度相适配的涂层厚度，停止旋转；WC/Co粉的Co含量12％，其粒度为15μm～45μm。
喷涂参数为冷却水压力1MPa
煤油流量dm3/h18氧气流量M3/h38送粉气压力0.25MPa喷涂距离350mm成形件冷却后，用车削法去除型模芯，用磨削法进行精加工以获得最终尺寸。
权利要求
1.一种耐高温材质构件的喷涂成形方法，其特征是，它的步骤为(1)将型模置于可旋转支撑机构上；(2)驱动可旋转支承机构，使所述型模随之转动；(3)采用高能喷涂设备及工艺，用喷涂枪将耐高温材质的粉末状或丝状喷涂材料喷涂到型模上，直至型模上形成的涂层厚度达到构件壁厚要求，停止旋转；(4)所成形构件冷却后，去除型模；(5)用磨削法或电火花加工方法对构件进行精加工，获得最终尺寸的构件。
2.一种耐高温材质构件的喷涂成形方法，其特征是，它的步骤为(1)将型模置于支撑机构上；(2)使喷涂枪绕型模运动，并且(3)采用高能喷涂设备及工艺，用所述喷涂枪将耐高温材质的粉末状或丝状喷涂材料喷涂到型模上，直至型模上形成的涂层厚度达到构件壁厚要求，停止旋转；(4)所成形构件冷却后，去除型模；(5)用磨削法或电火花加工方法对构件进行精加工，获得最终尺寸的构件。
全文摘要
一种耐高温材质构件的喷涂成形方法，其特征是，它的步骤为(1)将型模置于支撑机构上；(2)旋转支承机构，或是型模固定不动，喷涂枪绕型模运动；(3)采用高能喷涂设备及工艺，用所述喷涂枪将耐高温材质的粉末状或丝状喷涂材料喷涂到型模上，直至型模上形成的涂层厚度达到构件壁厚要求，停止旋转；(4)所成形构件冷却后，去除型模；(5)用磨削法或电火花加工方法对构件进行精加工，获得最终尺寸的构件。本发明可生产出常规工艺方法难以制备的耐高温材质构件，具有成形方法相对简单、成形方式灵活、制作的构件尺寸大、生产成本较低、产品质量好的特点。
文档编号B05B13/00GK1751803SQ20051003212
公开日2006年3月29日 申请日期2005年9月7日 优先权日2005年9月7日
发明者闵小兵, 夏光明, 吴和元, 严淑群, 贺立 申请人:闵小兵