納米涂層材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體說是硬質(zhì)Fe-SiC-Ti02m米涂層材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，除少數(shù)貴金屬外，金屬材料會與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng) 而遭受腐蝕。此外，金屬表面受各種機械作用而引起的磨損也極為嚴重。大量的金屬構(gòu)件 因腐蝕和磨損而失效，造成極大的浪費和損失。據(jù)一些工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計，每年鋼材因腐蝕 和磨損而造成的損失約占鋼材總產(chǎn)量的10%，損失金額約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2% -4%。 如果將因金屬腐蝕和磨損而造成的停工、停產(chǎn)和相應(yīng)引起的工傷、失火、爆炸事故等損失統(tǒng) 計在內(nèi)的話，其數(shù)值更加驚人。因此，發(fā)展金屬表面防護和強化技術(shù)，是各國普遍關(guān)心的重 大課題。
[0003] 熱噴涂是硬質(zhì)表面強化技術(shù)，是表面工程技術(shù)的重要組成部分，一直是我國重點 推廣的新技術(shù)項目，它是利用某種熱源（如電弧、等離子噴涂或燃燒火焰等）將粉末狀或絲 狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰流本身或壓縮空氣以一定速 度噴射到預(yù)處理過的基體表面，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的硬質(zhì)技術(shù)。
[0004] 熱噴涂技術(shù)以其巨大的靈活優(yōu)勢在最近的幾十年間迅速發(fā)展，然而熱噴涂材料卻 跟不上設(shè)備以及其市場的發(fā)展需求，常常出現(xiàn)涂層脫落，磨損迅速，耐腐蝕性差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決傳統(tǒng)涂層耐磨性較差，硬度較低等問題，本發(fā)明提供硬質(zhì)Fe-SiC-Ti02m 米涂層材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占57-71份、 SiC占19-32份、TiO2占12-22份、Al2O3占1份、微量元素占0· 10-0. 57份。
[0008] SiC的硬度很大，莫氏硬度為9. 5級，僅次于世界上最硬的金剛石（10級），具有 優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是硬質(zhì)半導(dǎo)體，高溫時能抗氧化。
[0009] Al2O3增加了材料的硬度和結(jié)合強度。
[0010] TiO2增加了涂層的硬度，提高了材料的結(jié)合強度。
[0011] 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。
[0012] Mo的純金屬是銀白色，非常堅硬。把少量Mo混合Fe加到納米涂層之中，可使納米 涂層變硬。
[0013] B在600~KKKTC可與Sn反應(yīng)，形成金屬硼化物。這些化合物通常是高硬度、耐 熔、高電導(dǎo)率和化學(xué)惰性的物質(zhì)，常具有特殊的性質(zhì)。
[0014] Co是具有光澤的鋼灰色金屬，比較硬而脆，在常溫下不和水作用，在潮濕的空氣中 也很穩(wěn)定，提高納米涂層耐腐性。
[0015] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，包括以下步驟：
[0016] (1)采用氣霧化法制得Fe-SiC-TiO2的納米球；
[0017] (2)將步驟（1)中制得的納米球采用活性劑保護法混合Sn、Mo、B、Mn、Co制得納米 粉末。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制成的Fe-SiC-TiO2納米涂層的硬度可達HRC43， 具有一定的硬度和抗磨損性能，結(jié)合強度、抓附力較高，密度可達7. 53g/cm3，噴涂厚度可 達6毫米，致密度可達0. 78。本發(fā)明適合多種鋼材，如2Crl3、4Crl3、9Crl8、4Cr5W2VSi、 8Cr3等。本發(fā)明結(jié)合強度高，可堆積厚度大，具有一定的硬度和耐磨性，成本較低，應(yīng)用范 圍較廣，可廣泛應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)，與傳統(tǒng)合金材料相比有著很大的進步。在相同的條件下， Fe-SiC-Ti02的結(jié)合強度是普通涂層的2. 3倍左右。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段和創(chuàng)作特征易于明白了解，下面對本發(fā)明進一步闡 述。
[0020] 實施例一
[0021] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占57份、SiC 占19份、TiO2占12份、Al2O3占1份、微量元素占0· 10份。
[0022] 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。
[0023] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)采用氣霧化法制得Fe-SiC-TiO2的納米球；
[0025] (2)將步驟（1)中制得的納米球采用活性劑保護法混合Sn、Mo、B、Mn、Co制得納米 粉末。
[0026] 實施例二
[0027] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占60份、SiC 占24份、TiO2占17份、Al2O3占1份、微量元素占0.38份。
[0028] 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。
[0029] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，同實施例一。
[0030] 實施例三
[0031] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占65份、SiC 占27份、TiO2占19份、Al2O3占1份、微量元素占0.46份。
[0032] 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。
[0033] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，同實施例一。
[0034] 實施例四
[0035] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占71份、SiC 占32份、TiO2占22份、Al 203占1份、微量元素占0. 57份。
[0036] 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。
[0037] 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，同實施例一。
[0038] 采用等離子噴涂技術(shù)在以20C〇鋼為基體的棍類工件上制得Fe-SiC-TiO2納米涂 層，帶有所述涂層的基體與無所述涂層的基體的結(jié)合強度、顯微硬度、氣孔率以及抗磨粒磨 損性能對比實驗結(jié)果見表1 :
[0039] 表1 Fe-SiC-TiO2納米涂層與20C〇鋼基體的性能對比實驗結(jié)果：
[0040] 實驗組編號 I孔隙率（AREA% ) I結(jié)合強度（MPa)~|顯微硬度（HV)~ ? 0. 532 ΜΛ 523 2 0.453 86?2 522 3 0. 522 82. 3 576
[0041] 4 |〇, 464 |77,8 [442 平均值 0.493 82Γθ δ?θ 對比組 0.854 37.9 ?73
[0042] 采用等離子噴涂技術(shù)在以20C〇鋼為基體的棍類工件上制得Fe-SiC-TiO2涂層，帶 有所述涂層的基體與無所述涂層的基體的磨損量對比實驗結(jié)果見表2 :
[0043] 表2 Fe-SiC-TiO2納米涂層與20C〇鋼基體的磨損量對比實驗結(jié)果：
[0044] 實驗組編號I磨損前（g) I磨損后（g) I磨損量（g) ? 33.4984 33.4903 0.0081 2 33. 5642 33. 5570 0.0072 3 33.4754 33.4685 0.0069 4 33. 7438 33. 7373 0.0065 對比組 33. 7954 33. 7789 0.0165
[0045] 由表1和表2可見，F(xiàn)e-SiC-TiO2納米涂層的綜合性能優(yōu)異，耐磨性好。
[0046] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明 的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和 改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效 物界定。
【主權(quán)項】
1. 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料，其特征在于：其組分及各組分的質(zhì)量份數(shù)為Fe占 57-71 份、SiC占 19-32 份、TiO2 占 12-22 份、Al203 占 1 份、微量元素占 0? 10-0. 57 份； 所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co。2. 硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟： (1) 先采用氣霧化法制得Fe-SiC-TiO2的納米球； (2) 將步驟⑴中制得的納米球采用活性劑保護法混合Sn、Mo、B、Mn、Co制得納米粉 末。
【專利摘要】本發(fā)明涉及硬質(zhì)Fe-SiC-TiO2納米涂層材料及其制備方法，其組分及各組分的質(zhì)量百分數(shù)為Fe占57-71份、SiC占19-32份、TiO2占12-22份、Al2O3占1份、微量元素占0.10-0.57份，所述微量元素為Sn、Mo、B、Mn、Co，其制備方法為：采用氣霧化法制得Fe-SiC-TiO2的納米球；然后將制得的納米球采用活性劑保護法混合Sn、Mo、B、Mn、Co制得納米粉末。本發(fā)明制成的Fe-SiC-TiO2納米涂層的硬度可達HRC43，具有一定的硬度和抗磨損性能，結(jié)合強度、抓附力較高，密度可達7.53g/cm3,噴涂厚度可達6毫米，致密度可達0.78，適合多種鋼材。
【IPC分類】C23C4/06
【公開號】CN104911527
【申請?zhí)枴緾N201510236015
【發(fā)明人】程敬卿
【申請人】蕪湖鼎恒材料技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月9日