一種防腐耐磨非晶/納米晶復(fù)合涂層的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電弧噴涂制備含非晶納米晶結(jié)構(gòu)涂層的粉芯絲材，本發(fā)明的粉芯絲材主要用做機(jī)械零部件表面耐磨耐腐蝕防護(hù)涂層材料。
[0002]腐蝕和磨損是金屬零部件最主要的失效形式，據(jù)國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年鋼材腐蝕損失占鋼材總產(chǎn)量的10%，經(jīng)濟(jì)損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值2% -4%。在工業(yè)領(lǐng)域，有70% -80%的機(jī)器是因摩擦磨損而報(bào)廢，世界能源有1/3-2/3消耗于客服各種形式的摩擦。各類(lèi)磨損、腐蝕所引起的失效往往發(fā)生于材料機(jī)器構(gòu)件的表面。為了提高零件的可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，研究人員開(kāi)發(fā)了大批實(shí)用、先進(jìn)的表面工程技術(shù)修復(fù)或強(qiáng)化零件表面，制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件防腐蝕、耐磨損等性能。
[0003]非晶態(tài)合金由于金屬原子的排列是長(zhǎng)程無(wú)序的，不存在結(jié)晶金屬存在的晶界、缺陷、偏析和析出物等，表現(xiàn)出各向同性。非晶態(tài)合金的這種結(jié)構(gòu)決定了它具有許多晶態(tài)金屬所不具備的優(yōu)異性能，如高硬度、高強(qiáng)度及優(yōu)異的耐磨、耐腐蝕性能。因此，從非晶合金性能優(yōu)勢(shì)的角度出發(fā)，作為功能材料具有更大的應(yīng)用潛力。而將非晶合金與表面工程結(jié)合起來(lái)，采用現(xiàn)代先進(jìn)熱噴涂技術(shù)制備表面非晶涂層就是對(duì)非晶合金制備技術(shù)的新開(kāi)拓。熱噴涂技術(shù)的顯著特點(diǎn)之一是噴涂粒子具有很高的冷卻速度，單個(gè)熔融粒子的典型冷卻速度大于106K/s，這就意味著每一個(gè)熔融粒子都是快淬材料，只要噴涂合金成分適宜，工藝適當(dāng)，就能夠形成非晶相。熱噴涂技術(shù)作為最有希望的大面積非晶涂層制備方法之一已開(kāi)始引起廣泛關(guān)注。
[0004]目前開(kāi)發(fā)出的非晶涂層體系中Fe基和Ni基是最為合適的表面防護(hù)涂層材料，但是從實(shí)用角度考慮，Ni基涂層高昂的成本限制了其大范圍的推廣應(yīng)用，而Fe基非晶合金涂層在保持優(yōu)異的耐磨耐腐蝕性能的同時(shí)，又具有較高的性?xún)r(jià)比，更適合于作為表面防護(hù)涂層材料而得到推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種電弧噴涂制備非晶納米晶涂層的粉芯絲材及涂層的制備工藝，所述的粉芯絲材經(jīng)過(guò)電弧噴涂制備的涂層具有低氧化物含量，高結(jié)合強(qiáng)度，耐磨和耐蝕性能好。
[0006]本發(fā)明提供的電弧噴涂制備含非晶納米晶涂層的粉芯絲材，由304L不銹鋼外皮包覆粉芯組成，所述的粉芯組成(質(zhì)量百分比含量)為:
[0007]C:0.3-1.0%, B:4-7 %, Si:1-3%, Cr: 12-16 %，Al: 17-23 %，混合稀土: 1-2 %(其中混合Re由質(zhì)量百分含量為25?28%的La ;48?52%的Ce ; 14?17%的Nb和4?6%的Pu組成)，F(xiàn)e余量。
[0008]本發(fā)明粉芯絲材的制備方法，包括以下步驟:
[0009]1、將0.3X 1mm的08F低碳鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加上述粉芯成分，填充率為32?35%。
[0010]2、將U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2.0mm。
[0011]3、涂層的制備工藝為:首先在經(jīng)噴砂粗化處理的45鋼基體表面采用機(jī)器人自動(dòng)化高速電弧噴涂系統(tǒng)制備涂層，噴涂電流160?200A ;電壓32?36V ;噴涂距離160mm?200mm ;壓縮空氣壓力0.7MPa，噴涂角度90°。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):使用本發(fā)明粉芯絲材，及相應(yīng)的噴涂工藝，采用電弧噴涂技術(shù)可以在鋼基體的零部件表面制備低孔隙率(< 5% )、低氧化物含量、硬度較高(> 700HVai)、結(jié)合強(qiáng)度較高(>40MPa)、含非晶納米晶結(jié)構(gòu)的電弧噴涂層。并且，本發(fā)明制備的涂層耐磨和耐蝕性能好。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例1制備的涂層的X射線(xiàn)衍射圖譜，實(shí)例I制備涂層X(jué)RD衍射結(jié)果。
[0014]圖2復(fù)合涂層界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。
[0015]圖3復(fù)合涂層截面硬度測(cè)試結(jié)果。
[0016]圖4復(fù)合涂層孔隙率測(cè)試結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1
[0018]1、粉芯絲材的制備
[0019]將1mmX0.3mm(寬度為1mm,厚度為0.3mm)的314L不銹鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加混合粉芯成分，粉芯填充率為32%，將U型槽合口，使粉芯包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2mm，所述粉芯中各成分的質(zhì)量百分比為:C:0.5%, B:4%, Si:2%, Cr:12%, Al:17%，混合稀土:l_2%，F(xiàn)e 余量。
[0020]2、電弧噴涂層的制備
[0021]對(duì)45鋼板表面進(jìn)行除油、除銹、除污等清洗，隨后進(jìn)行噴砂粗化處理，電弧噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電流:160A ;噴涂電壓:34V ;壓縮空氣壓力:0.7MPa ;噴涂距離:200mm。
[0022]實(shí)施例2
[0023]1、粉芯絲材的制備
[0024]將1mmX0.3mm(寬度為10mm，厚度為0.3mm)的314L不銹鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加混合粉芯成分，粉芯填充率為33%，將U型槽合口，使粉芯包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2mm，所述粉芯中各成分的質(zhì)量百分比為:C:0.5%, B:4%, Si:2%, Cr:12%, Al:17%，混合稀土:1_2%，F(xiàn)e 余量。
[0025]2、電弧噴涂層的制備
[0026]對(duì)45鋼板表面進(jìn)行除油、除銹、除污等清洗，隨后進(jìn)行噴砂粗化處理，電弧噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電流:180A ;噴涂電壓:34V ;壓縮空氣壓力:0.7MPa ;噴涂距離:180mm。
[0027]實(shí)施例3
[0028]1、粉芯絲材的制備
[0029]將1mmX0.3mm(寬度為10mm，厚度為0.3mm)的314L不銹鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加混合粉芯成分，粉芯填充率為34%，將U型槽合口，使粉芯包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2mm，所述粉芯中各成分的質(zhì)量百分比為:C:1.0%，B:7%, Si:3%, Cr:16%, Al:20%，混合稀土:l-2%, Fe 余量。
[0030]2、電弧噴涂層的制備
[0031]對(duì)45鋼板表面進(jìn)行除油、除銹、除污等清洗，隨后進(jìn)行噴砂粗化處理，電弧噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電流:180A ;噴涂電壓:35V ;壓縮空氣壓力:0.7MPa ;噴涂距離:180mm。
[0032]實(shí)施例4
[0033]1、粉芯絲材的制備
[0034]將1mmX0.3mm(寬度為10mm，厚度為0.3mm)的314L不銹鋼帶軋成U型，再向U型槽中添加混合粉芯成分，粉芯填充率為35%，將U型槽合口，使粉芯包裹其中，通過(guò)拉絲模逐級(jí)拉拔、減徑，最終使直徑達(dá)到2mm，所述粉芯中各成分的質(zhì)量百分比為:C:0.7%, B:6%, Si:2%, Cr:16%, Al:23%，混合稀土:1_2%，F(xiàn)e 余量。
[0035]2、電弧噴涂層的制備
[0036]對(duì)45鋼板表面進(jìn)行除油、除銹、除污等清洗，隨后進(jìn)行噴砂粗化處理，電弧噴涂工藝參數(shù)為:噴涂電流:200A ;噴涂電壓:36V ;壓縮空氣壓力:0.7MPa ;噴涂距離:200mm。
[0037]不同實(shí)例制備涂層的性能分析
[0038]本實(shí)施例1制備的涂層的X射線(xiàn)衍射圖譜見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，制備的涂層在2Θ =45°位置有寬化的漫散峰存在，漫散峰上疊加有少量尖銳的晶體衍射峰，其強(qiáng)度和數(shù)量均較少，說(shuō)名涂層中存在非晶相，涂層由非晶與晶體結(jié)構(gòu)復(fù)合而成。通過(guò)Verdon方法對(duì)XRD衍射圖進(jìn)行Pseudo-Voigt函數(shù)擬合，然后對(duì)擬合曲線(xiàn)進(jìn)行積分，計(jì)算涂層中的非晶相含量約64.3%。
[0039]對(duì)不同實(shí)例制備的非晶/納米晶涂層的截面硬度、結(jié)合強(qiáng)度、孔隙率和耐腐蝕性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下:
[0040]1、復(fù)合涂層的界面結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果
[0041]根據(jù)分析本發(fā)明研制的復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明(如圖2所示)，四種實(shí)例實(shí)施制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度均高于既定的技術(shù)指標(biāo)值(大于40MPa)，且高于傳統(tǒng)的鐵基涂層(3Crl3涂層)的結(jié)合強(qiáng)度(約28?30MPa)。
[0042]2、復(fù)合涂層的截面硬度測(cè)試結(jié)果
[0043]根據(jù)分析本發(fā)明研制的復(fù)合涂層截面顯微硬度測(cè)試結(jié)果表明(如圖3所示)，四種實(shí)例實(shí)施制備的截面顯微硬度值均高于既定的技術(shù)指標(biāo)值(大于700HVai)。
[0044]3、復(fù)合涂層的孔隙率測(cè)試結(jié)果
[0045]根據(jù)分析本發(fā)明研制的復(fù)合涂層孔隙率測(cè)試結(jié)果表明(如圖4所示)，四種實(shí)例實(shí)施制備的孔隙率均小于既定的技術(shù)指標(biāo)值(低于5% )。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電弧噴涂制備非晶納米晶涂層的粉芯絲材，由304L不銹鋼外皮包覆粉芯組成，所述的粉芯組成(質(zhì)量百分比含量)為:c:0.3-1.0%, B:4-7%, S1:1-3%, Cr =12-16%,Al: 17-23%，混合稀土:1-2% (其中混合Re由質(zhì)量百分含量為25?28%的La ;48?52%的Ce ;14?17%的Nb和4?6%的Pu組成)，F(xiàn)e余量。2.采用權(quán)利要求1研制粉芯絲材，利用電弧噴涂技術(shù)制備涂層的工藝為:噴涂電流160?200A ；電壓32?36V ;噴涂距離160_?200_ ;壓縮空氣壓力0.7MPa,噴涂角度90。。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電弧噴涂制備非晶納米晶涂層的粉芯絲材的設(shè)計(jì)及其制備工藝，該粉芯材料由304L不銹鋼外皮包覆粉芯組成，所述的粉芯組成(質(zhì)量百分比含量)為：C：0.3-1.0％，B：4-7％，Si：1-3％，Cr：12-16％，Al：17-23％，混合稀士：1-2％(其中混合Re由質(zhì)量百分含量為25～28％的La；48～52％的Ce；14～17％的Nb和4～6％的Pu組成)，F(xiàn)e余量。電弧噴涂制備涂層的工藝為：噴涂電流160～200A；電壓32～36V；噴涂距離160mm～200mm；壓縮空氣壓力0.7MPa，噴涂角度90°。使用本發(fā)明粉芯絲材，及相應(yīng)的噴涂工藝，制備的涂層主要用做機(jī)械零部件表面耐磨耐腐蝕防護(hù)涂層材料。
【IPC分類(lèi)】C22C45/00, C23C4/06, C22C45/02, C23C4/12
【公開(kāi)號(hào)】CN104947025
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410114216
【發(fā)明人】馮強(qiáng)
【申請(qǐng)人】北京永聚河環(huán)保投資有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2014年3月26日