一种金属铸造件浅表缺陷的热喷涂强化再制造方法与流程

本技术涉及金属表面后处理领域，更具体地说，它涉及一种金属铸造件浅表缺陷的热喷涂强化再制造方法。

背景技术：

1、金属铸造件由于其制造工艺本身的局限性，容易在浅表面产生孔洞、裂纹、夹杂、偏析等缺陷，这些缺陷影响到部件在不同条件下的工作耐久能力，包括耐腐蚀、耐激冷激热、疲劳、吸震等性能以及被切削性、可焊性等工艺性能。一旦发现服役金属铸造件浅表层出现缺陷，就必须立即进行修补，若是不及时修补，随着金属铸造件服役时间的增加，缺陷将越来越严重，最终发展成为裂缝或是穿孔。

2、传统的修补方式包括焊接、冷焊、涂抹金属修补剂等。但是，焊接修复方法对金属铸造件输入热量太大，容易产生热裂纹、热应力，降低了金属铸造件的韧塑性，而且不适用大面积修复；冷焊修复方法虽然热输入量不大，但其只适用于局部小面积区域修复，不适用大面积修复；金属修补剂于金属属于物理结合，其粘接力一般，容易出现掉落，只适用于临时修复，不适用于长期使用。

3、随着人们研究的不断深入，热喷涂技术已经成为了目前一项常用的金属表面修复和强化再制造技术。热喷涂技术是通过热源将喷涂颗粒加热到熔融或半熔融状态，在压缩气流的作用下将喷涂材料喷射到金属铸造件表面，其在金属铸造件表面迅速凝固后形成一层保护膜以弥补金属铸造件表面的缺陷，并提高金属铸造件的抗磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等性能，实现金属铸造件的强化再制造。但是，由于热喷涂技术所成保护膜是由无数扁平化的粒子、氧化物、部分熔化或未熔的颗粒、空气及杂质等相互交错而呈波浪式堆叠在一起的层状组织，因此其内部不可避免的会出现一些孔隙缺陷，与金属铸造件的结合强度偏低，容易发生涂层表面粒子脱落、涂层整体剥落失效等情况；并且该孔隙缺陷还容易引起外界腐蚀介质向涂层内部渗透和扩散，使得金属铸造件容易遭受各种形式的腐蚀，降低了热喷涂涂层对金属铸造件的修复及强化能力。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本技术提供一种金属铸造件浅表缺陷的热喷涂强化再制造方法。

2、本技术提供的一种金属铸造件浅表缺陷的热喷涂强化再制造方法，采用如下的技术方案：

3、一种金属铸造件浅表缺陷的热喷涂强化再制造方法，包括以下步骤：

4、s1.对金属铸造件进行除油清洗和激光预处理；

5、s2.采用热喷涂工艺在经步骤s1处理的金属铸造件表面制备热喷涂涂层；

6、s3.将封孔剂涂覆在涂层表面，然后在真空-压力-真空循环气压下超声处理1-1.5h，其中真空环境下保持时间为5-10min，之后经过固化完成封孔处理。

7、通过采用上述技术方案，本技术先对金属铸造件表面进行除油清洗，该除油清洗的具体过程为：先用丙酮对金属铸造件表面进行除油和除锈，然后清洗并吹干。再对金属铸造件表面进行激光预处理，使得金属铸造件表面粗糙度能够得到大幅度提升，对界面处的裂纹扩展起到阻碍作用，并且该粗糙表面能够有效抑制热喷涂过程中熔滴发生飞溅，降低了小气孔缺陷出现的可能性，从而减少了裂纹源的产生，提高了涂层与金属铸造件的结合强度。相比与现有的喷砂预处理，激光预处理后的金属铸造件表面形貌更加可控，对热喷涂离子的润湿效果较强，界面处孔隙率更低，同时激光预预处理加工的更为尖锐的表面形貌制备出的热喷涂涂层为嵌入型或咬合型，与金属铸造件的结合强度更高，涂层的使用寿命更长。

8、在激光预处理后，采用热喷涂工艺在金属铸造件表面进行热喷涂制得厚度为100-150μm的涂层。所述热喷涂工艺可以为超音速火焰喷涂、电弧熔射喷涂、等离子喷涂等本领域常用热喷涂技术。发明人在本技术中以电弧熔射喷涂为例进行说明。所述电弧熔射喷涂的电压为27-33v，电流为130-170a，雾化空气压力为0.4-0.6mpa，熔射距离为120-180mm，丝材为ni-cu合金丝。然后在涂层表面涂覆封孔剂，涂覆厚度为0.5-1.5mm，之后利用循环气压和超声处理的方式使封孔剂尽可能多的渗入涂层底部孔隙中，从而达到固化后封闭涂层中的连通性孔隙和表面孔的效果，极大程度降低了涂层内部的孔隙率，提高了涂层与金属铸造件的结合强度；并且涂层表面的多余封孔剂还能转变为致密的薄膜，使腐蚀介质无法穿透涂层直接腐蚀金属铸造件。

9、综上所述，本技术通过在热喷涂工艺前采用激光预处理的方式以及在热喷涂工艺后进一步采用循环气压和超声处理辅助封孔剂进行封孔处理，大幅度降低了涂层表面粒子脱落、涂层整体剥落失效等情况发生的可能性，提高了涂层的抗腐蚀能力，延长了涂层的使用寿命，提高了热喷涂涂层对金属铸造件的修复及强化能力。

10、优选的，所述步骤s3中，封孔剂为有机/无机复合封孔剂。

11、通过采用上述技术方案，本技术进一步采用有机/无机复合封孔剂，能够兼具有机封孔剂的高渗透性和无机封孔剂的耐高温能力，进一步提高了封孔剂对热喷涂涂层的封孔效果以及封孔剂的耐热腐蚀性能。

12、优选的，所述有机/无机复合封孔剂包括重量比为200:(20-50):3:1的改性硅橡胶基体、无机填料、固化剂和催化剂。

13、优选的，所述有机/无机复合封孔剂包括重量比为200:50:3:1的改性硅橡胶基体、无机填料、固化剂和催化剂。

14、通过采用上述技术方案，本技术优化了改性硅橡胶基体和无机填料之间的配比，能够使得制得的封孔剂具有良好的封孔效果及耐热腐蚀性能，并且经实验证明，当改性硅橡胶基体、无机填料、固化剂和催化剂之间的重量比为200:50:3:1时，制得的封孔剂的热失重较小，封孔效果及耐热腐蚀性能较佳。

15、优选的，所述改性硅橡胶基体包括重量比为1:(0.5-1.2)的硅橡胶和异氰酸酯树脂。

16、优选的，所述改性硅橡胶基体包括重量比为1:1的硅橡胶和异氰酸酯树脂。

17、通过采用上述技术方案，本技术采用异氰酸酯树脂对硅橡胶进行改性处理，能够进一步提高硅橡胶的耐热性能，同时硅橡胶还能够有利于异氰酸酯树脂的固化，二者充分发挥彼此之间的协同作用，使得封孔剂具有较佳的耐热能力和封孔能力。并且经实验证明，当硅橡胶和异氰酸酯树脂的重量比为1:1时，封孔剂的耐热能力和封孔能力较佳。这是由于随着异氰酸酯树脂对硅橡胶的提升效果达到极限，再继续增加异氰酸酯树脂的用量，只会使得硅橡胶对异氰酸酯树脂的束缚作用逐渐减弱，异氰酸酯树脂析出的趋势增大，分散情况变差。本技术的硅橡胶为端羟基聚硅氧烷，具体为107硅橡胶。本技术的异氰酸酯树脂为双酚a型异氰酸酯树脂。本技术的固化剂为正硅酸乙酯。本技术的催化剂为二月桂酸二丁基锡。

18、优选的，所述无机填料为高岭土或高岭土与气相二氧化硅、纳米氧化铝粉末中的一种的混合物。

19、优选的，所述无机填料为高岭土。

20、通过采用上述技术方案，本技术采用高岭土作为无机填料，或将高岭土与气相二氧化硅、纳米氧化铝粉末中的一种混合搭配使用作为无机填料，加入改性硅橡胶基体中，显著提高了封孔剂在热腐蚀环境中的热稳定性和对热喷涂涂层的附着力，从而提高了封孔效果。并且经实验证明，在填料量一定的条件下，采用高岭土制得的封孔剂耐热腐蚀能力更强。

21、优选的，所述所述步骤s1中，激光预处理具体为：先进行1次激光清理，然后进行3-4次激光刻蚀，最后再进行1次激光清理，其中激光清理和激光刻蚀的扫描路径垂直。

22、通过采用上述技术方案，本技术采用激光清理和激光刻蚀相结合的激光预处理方式，相比于仅采用激光清理，或仅采用激光刻蚀，不仅能够使金属铸造件表面具有更高的粗糙度，还能够提高金属铸造件表面与热喷涂涂层结合的锚点数量，减少铺展型界面结合的存在，增加嵌入型或咬合型的界面，从而提高热喷涂涂层与金属铸造件的结合强度。

23、优选的，所述步骤s3中的固化为分步固化，具体为：先在室温下静置固化46-48h，然后在180-190℃的温度下固化2-2.5h。

24、综上所述，本技术具有以下有益技术效果：

25、1.本技术通过在热喷涂工艺前采用激光预处理的方式以及在热喷涂工艺后进一步采用循环气压和超声处理辅助封孔剂进行封孔处理，大幅度降低了涂层表面粒子脱落、涂层整体剥落失效等情况发生的可能性，提高了涂层的抗腐蚀能力，延长了涂层的使用寿命，增强了热喷涂工艺对金属铸造件浅表缺陷的修复及强化能力；

26、2.本技术采用改性硅橡胶基体、无机填料、固化剂和催化剂制得有机/无机复合封孔剂，能够兼具有机封孔剂的高渗透性和无机封孔剂的耐高温能力，使得封孔剂具有较强的耐热腐蚀性能，对热喷涂涂层具有较佳的封孔效果；

27、3.本技术采用激光清理和激光刻蚀相结合的激光预处理方式，相比于仅采用激光清理，或仅采用激光刻蚀，不仅能够使金属铸造件表面具有更高的粗糙度，还能够提高金属铸造件表面与热喷涂涂层结合的锚点数量，减少铺展型界面结合的存在，增加嵌入型或咬合型的界面，从而提高热喷涂涂层与金属铸造件的结合强度。