阅读说明：本技术 一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法 (Preparation method of graphite boat isolating coating for hard alloy sintering ) 是由 张圆圆 王云鲲 钟铭锋 侯锡民 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于烧结舟皿涂层技术领域,具体涉及一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法。该方法包括表面预处理和等离子喷涂,等离子喷涂使用钇稳定氧化锆粉作为原料粉末,喷涂电压38～42V、喷涂电流600～640A、氩气供应28～30SLM、氢气供应0.5～0.8SLM、送粉速度2.5～3.5g/s、入射角度45～75°、喷射距离6～10cm、喷涂速度10～20cm/s,喷涂完成后将入设角度调整为105～135°,其余参数不变进行第二遍喷涂得到具有隔离涂层的石墨舟皿。本发明提供一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法,能够有效提高氧化锆粉的利用率和重复使用次数。(The invention belongs to the technical field of sintering boat coatings, and particularly relates to a preparation method of a graphite boat isolation coating for hard alloy sintering. The method comprises surface pretreatment and plasma spraying, wherein yttrium stabilized zirconia powder is used as raw material powder for the plasma spraying, the spraying voltage is 38-42V, the spraying current is 600-640A, argon is supplied by 28-30 SLM, hydrogen is supplied by 0.5-0.8 SLM, the powder feeding speed is 2.5-3.5 g/s, the incident angle is 45-75 degrees, the spraying distance is 6-10 cm, and the spraying speed is 10-20 cm/s, after the spraying is finished, the set angle is adjusted to 105-135 degrees, and the other parameters are unchanged, and the second spraying is carried out to obtain the graphite boat with the isolation coating. The invention provides a preparation method of a graphite boat isolating coating for hard alloy sintering, which can effectively improve the utilization rate and the repeated use times of zirconia powder.)

一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法

技术领域

本发明属于烧结舟皿涂层技术领域，具体涉及一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法。

背景技术

硬质合金烧结是硬质合金烧结属于典型的液相烧结，为防止烧结时出现的液相向石墨舟皿扩散和迁移，需要在硬质合金产品和石墨舟皿之间增加一种隔离层。目前硬质合金行业广泛使用刷防粘涂料隔离的方法，防粘涂料主要包含石墨、炭黑、金属氧化物、胶液等等。其附着效果差，一般不可重复使用，每使用一次需经过清灰、涂刷、干燥等工序，存在稳定性差、环境差、人工多和周转时间长等缺点。

等离子喷涂技术是热喷涂技术的一种，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。等离子喷涂技术利用等离子焰流将金属或陶瓷材料加热至熔融或半熔融状态，并高速喷向经过预处理的工件表面从而形成附着牢固的涂覆层的方法。在CN102744404A中公开的硬质合金的型坯烧结舟皿的表面防粘结方法，包括等离子喷涂工艺设备，选用氧化锆粉ZrO作为涂层原料进行等离子喷涂所得防粘层可以使用10次，该方法氧化锆粉利用率大约是40％，其原料利用率和重复使用次数偏低。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法，能够有效提高喷涂粉末原料的利用率，并提高石墨舟皿上隔离涂层的重复使用次数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)对待处理石墨舟皿进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度控制为Sa2.5；

2)采用喷雾制粒钇稳定氧化锆粉作为原料对喷砂处理后的石墨舟皿进行等离子喷涂处理；其中，喷涂电压38～42V、喷涂电流600～640A、氩气供应28～30SLM、氢气供应0.5～0.8SLM、送粉速度2.5～3.5g/s、入射角度45～75°、喷射距离6～10cm、喷涂速度10～20cm/s；

3)喷涂完成后将入射角度调整为105～135°，其余参数不变再次喷涂完成石墨舟皿上隔离涂层的制备。

在喷涂的过程中，喷枪所在平面与喷涂工作面之间的夹角始终保持为90°。

在本发明的上述技术方案，通过采用入射角度45～75°先进行第一次正向喷涂，喷涂完成后随即将入射角度调整为105～135°进行反向喷涂，通过两次喷涂之后，通过控制上述角度进行正反向的喷涂后，石墨舟皿上的隔离涂层厚度均匀，涂层不易开裂。

本发明采用低电压高电流喷涂工艺，与高电压低电流工艺相比，喷涂温度稳定可控，粉末熔融程度好且非常均匀。所喷涂涂层厚度均匀一致，与舟皿结合强度高，孔隙率低，微缺陷少。

在本发明中，喷砂处理的作用是去除石墨舟皿表面涂覆物并增加石墨舟皿表面粗糙度。本发明提供的具体方案为，采用60目刚玉砂和0.5～0.7Mpa压力压缩空气对待处理石墨舟皿喷砂处理90～120秒。

喷雾制粒钇稳定氧化锆粉与普通的氧化锆粉末相比具有更好的高温稳定性，喷雾制粒获得的钇稳定氧化锆粉其粒度均匀，作为喷涂原料在石墨舟皿上获得的涂层厚度均匀，高温下不易产生裂缝。

进一步，所述喷雾制粒钇稳定氧化锆粉中氧化钇与氧化锆的质量之比为1：4，粒径为-200目～+325目。在具体的实施例中，本发明使用的喷雾制粒钇稳定氧化锆粉的生产厂家为湖南兆益热喷涂材料有限公司。

采用上述规格的喷雾制粒钇稳定氧化锆粉结合本发明提供的特定喷涂参数进行石墨舟皿喷涂，其粉末的利用率可达60％以上，石墨舟皿在使用25次后的，失效率控制在1％。

进一步，所述等离子喷涂，是将喷砂处理后的石墨舟皿放置在舟皿架上，使用机器人按预设定好的运动轨迹牵引等离子喷涂喷枪完成喷涂工作。

进一步，所述机器人为DX-200安川机器人。

进一步，所述等离子喷涂的设备为SX-80等离子喷涂系统。

进一步，所述隔离涂层的厚度100-200μm。

进一步，还包括将具有隔离涂层的石墨舟皿冷却降温。

进一步，所述喷涂速度为15cm/s。

具体参数如表1所示：

表1喷砂喷涂的基本工艺参数

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种硬质合金烧结用石墨舟皿隔离涂层的制备方法，通过选用喷雾制粒钇稳定氧化锆粉，并设置喷枪高电流低电压进行两次相反角度的喷涂操作，所有参数之间高度匹配，经试验证明，其喷涂原料钇稳定氧化锆粉末利用率可达60％，远高于等离子喷涂行业40-50％的利用率，降低生产成本。此外，采用本发明方法喷涂的隔离涂层对石墨舟皿具有良好的附着力，其涂覆涂层可重复使用25次以上，超过行业内10次的使用水平。

附图说明

图1为实验组1槽板外观电镜照片(左侧为1000倍效果；右侧为5000倍效果，下同)；

图2为实验组1槽板断口电镜照片；

图3为实验组2槽板外观电镜照片；

图4为实验组2槽板断口电镜照片；

图5为实验组3槽板外观电镜照片；

图6为实验组3槽板断口电镜照片；

图7为实验组4槽板外观电镜照片；

图8为实验组4槽板断口电镜照片。

具体实施方式

下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

选择400块225*230的46槽V型槽板的石墨舟皿采用不同厂家和不同目数的氧化锆粉末进行4组试验，每组试验采用100块石墨舟皿。

石墨舟皿在喷涂处理前先进行喷砂预处理，喷砂方法为，利用转盘式喷砂机，使用60目刚玉砂和0.6Mpa压力压缩空气，喷砂90～120秒，将石墨舟皿表面涂覆物清除并将舟皿表面喷砂至表面粗糙度Sa2.5。

将表面预处理好的石墨舟皿放置在舟皿架上，使用DX-200安川机器人按预设定好的运动轨迹牵引等离子喷涂喷枪完成喷涂工作，选用喷雾制粒钇稳定氧化锆粉末作为喷涂原料，按照以下喷涂参数：喷涂电压42V、喷涂电流640A、氩气供应28slm、氢气供应0.8slm、送粉速度3g/s、入射角度45～75°、喷射距离8cm、喷涂速度15cm/s。第一遍喷涂完成后，调整入射角度至105～135°，其他喷涂参数不变，完成第二遍喷涂。所得上粉率数据见表2、舟皿涂层使用次数信息见表3：

表2各组石墨舟皿上粉率数据

组别	厂家	粒径/目	平均单块用粉量/g	平均上粉重量/g	平均上粉率％
						实验组1	兆益	-200～+325	41.02	27.44	66.9
实验组2	兆益	-325～+500	42.11	27.88	66.20
						实验组3	博大	-200	46.48	28.56	61.45
实验组4	博大	-140～+325	47.58	22.94	48.21

表3各组石墨舟皿重复使用次数数据

组别	厂家	粒径/目	测试块数	20次失效块数	25次失效块数
						实验组1	兆益	-200～+325	100	0	1
实验组2	兆益	-325～+500	100	3	13
						实验组3	博大	-200	100	2	11
实验组4	博大	-140～+325	100	0	1

备注：兆益是湖南兆益热喷涂材料有限公司的简称；博大是株洲江钨博大硬面材料有限公司的简称。

从表2和表3可以看出，兆益生产的粒径-200～+325的喷雾制粒钇稳定氧化锆粉末兼具上粉率高和重复使用次数高的优点。下面通过对喷涂好隔离涂层的石墨舟皿进行电镜拍照，观察各组槽板外观和断口微观细节。

对槽板的外观及断口处进行电镜拍照，图1为实验组1槽板外观电镜照片(左侧为1000倍效果；右侧为5000倍效果，下同)；图2为实验组1槽板断口电镜照片；图3为实验组2槽板外观电镜照片；图4为实验组2槽板断口电镜照片；图5为实验组3槽板外观电镜照片；图6为实验组3槽板断口电镜照片；图7为实验组4槽板外观电镜照片；图8为实验组4槽板断口电镜照片。

由图1～8可以看出，实验组1提供的槽板在外观上看，未熔融附粉少、粉末熔融程度好且均匀，没有大面积裂缝。实验组2未熔融附粉较多，实验组3裂缝较大。实验组4熔融程度较差，上述微观细节进一步验证了表2～3的数据结论。

实施例2

1)利用转盘式喷砂机，使用60目刚玉砂和0.6Mpa压力压缩空气，喷砂90-120秒(依舟皿涂覆物多少而定)，将石墨舟皿表面涂覆物清除并将舟皿表面喷砂至表面粗糙度Sa2.5，增强等离子喷涂附着效果。

2)将表面预处理好的石墨舟皿放置在舟皿架上，使用DX-200安川机器人按预设定好的运动轨迹牵引等离子喷涂喷枪完成喷涂工作。选用兆益生产的粒径-200～+325喷雾制粒钇稳定氧化锆粉末，其参数为喷涂电压38V、喷涂电流640A、氩气供应30slm、氢气供应0.5slm、送粉速度2.5g/s、入射角度45～75°、喷射距离10cm、喷涂速度10cm/s。

3)第一遍喷涂完成后，调整入射角度至105～135°，其他喷涂参数不变，完成第二遍喷涂。

4)待喷涂好的舟皿将至室温，检查喷涂外观质量即可投入使用。

所得涂层表面形态颜色均匀一致，未熔融附粉少，氧化锆粉末的利用率为60％，所得涂层厚度为100～150μm，硬质合金烧结的使用次数为25次以上。

实施例3

1)利用转盘式喷砂机，使用60目刚玉砂和0.6Mpa压力压缩空气，喷砂90～120秒(依舟皿涂覆物多少而定)，将石墨舟皿表面涂覆物清除并将舟皿表面喷砂至表面粗糙度Sa2.5，增强等离子喷涂附着效果。

2)将表面预处理好的石墨舟皿放置在舟皿架上，使用DX-200安川机器人按预设定好的运动轨迹牵引等离子喷涂喷枪完成喷涂工作。选用兆益生产的粒径-200～+325喷雾制粒钇稳定氧化锆粉末B，其参数为喷涂电压42V、喷涂电流600A、氩气供应30slm、氢气供应0.8slm、送粉速度3.5g/s、入射角度45-75°、喷射距离6cm、喷涂速度20cm/s。

3)第一遍喷涂完成后，调整入射角度至105～135°，其他喷涂参数不变，完成第二遍喷涂。

4)待喷涂好的舟皿将至室温，检查喷涂外观质量即可投入使用。

所得涂层表面形态颜色均匀一致，未熔融附粉少。氧化锆粉末的利用率为65％，涂层厚度为150～200μm，硬质合金烧结的使用次数为25次以上。