CN100427634C - 电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材 - Google Patents

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Abstract

一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，属于材料加工工程中的热喷涂领域，主要应用于防腐、耐磨等各个工业领域。非晶态合金是高强度、硬度、韧性、耐磨性与耐腐蚀性的结合体，但国内外均未见有电弧喷涂制备铁基非晶涂层用粉芯丝材的专利报道。本发明为一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分质量百分含量范围如下：硼铬：60～80%；Cr3C2：5～20%；WC：5～10%；Fe粉：余量。用本发明研制的粉芯丝材制备的涂层含有大量非晶，涂层组织均匀、硬度高，HV0.1＞1190；耐磨性好，其相对耐磨性可达到Q235钢的15.8倍。

Description

电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材
技术领域
本发明为一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，属于材料加工工程中的热喷涂领域，主要应用于防腐、耐磨等各个工业领域。
背景技术
各类磨损、腐蚀所引起的失效往往发生于材料及其构件的表面，为了防止一些在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件下工作的零件因其表面局部损坏而使整个零件报废，为提高零件的可靠性，延长使用寿命，研究人员开发了大批实用、先进、高效的表面工程技术修复或强化零件表面，制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能。
非晶态合金由于金属原子的排列是长程无序的，不存在结晶金属存在的晶界、缺陷、偏析和析出物等，表现出各向同性，非晶态合金的这种结构决定了它具有许多晶态金属所不具备的优异性能，具有高的硬度、强度及优异的耐磨性，同时非晶态合金具有高度的化学均匀性，因此它的耐腐蚀性较优。由以上分析可得出非晶态合金是高强度、硬度、韧性、耐磨性与耐腐蚀性的结合体。但在实际应用中，直至目前，非晶态合金仍没有大范围推广应用，其主要因素是其制备过程难以控制，在实际中很难制备大块非晶合金，其应用主要限制在薄带、细丝、粉末等低维度形状上。
在众多制备涂层的方法中，热喷涂技术是一种极具竞争力的制备非晶涂层技术，同时也是非常有发展前景的技术。在热喷涂技术中，主要采用等离子喷涂技术和超音速火焰喷涂技术来制备非晶结构涂层，而采用电弧喷涂制备非晶涂层在国内外还鲜有报道。相对于等离子喷涂和超音速火焰喷涂，电弧喷涂具有快速加热、快速冷却可以现场原位大面积施工、经济性好、涂层性能良好的特点，被广泛应用于防腐、耐磨等各个工业领域，但是经检索国内外未见电弧喷涂制备铁基非晶涂层用粉芯丝材的专利报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，利用该丝材制备的涂层中含有大量的非晶，涂层硬度高、耐磨性能好，能提高金属结构构件和装置部件在严酷的腐蚀磨损环境中的使用性能、延长服役寿命。
一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分质量百分含量范围如下：
硼铬：60～80％；Cr3C2：5～20％；WC：5～10％Fe粉：余量。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：
1、将304L不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明喷涂丝总重的30～35％的本发明粉芯粉末；
2、将U形槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm，得到最终产品。
使用本发明研制的丝材在经过喷砂粗化后的金属基体上按照现有技术中的电弧喷涂时的工艺参数进行喷涂，得到的涂层中含有大量非晶，涂层组织均匀、硬度高，HV0.1＞1190；耐磨性好，其相对耐磨性可达到Q235钢的15.8倍。
附图说明
图1：实施例2的透射电镜照片及选区衍射花样。
图2：实施例3的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的304L不锈钢钢带。先将其轧成U形。取硼铬粉末600克、Cr3C2粉末200克、WC粉末100克、铁粉100克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢钢带槽中，填充率为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层硬度、相对耐磨性见表1。
实施例2
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的304L不锈钢钢带。先将其轧成U形。取硼铬粉末650克、Cr3C2粉末150克、WC粉末100克、铁粉100克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢钢带槽中，填充率为32％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离100mm。喷涂层硬度、相对耐磨性见表1。涂层的TEM照片及选区衍射花样见图1，图中灰黑色部分为非晶，选区衍射花样为典型的非晶花样。
实施例3
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的304L不锈钢钢带。先将其轧成U形。取硼铬粉末700克、Cr3C2粉末100克、WC粉末50克、铁粉150克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢钢带槽中，填充率为34％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离200mm。喷涂层硬度、相对耐磨性见表1，涂层的X射线衍射图谱见图2。图中35°～55°为典型的非晶包。
实施例4
选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的304L不锈钢钢带。先将其轧成U形。取硼铬粉末800克、Cr3C2粉末50克、WC粉末50克、铁粉100克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的304L不锈钢钢带槽中，填充率为35％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离200mm。喷涂层硬度、相对耐磨性见表1。
表1所打硬度均采用HXD-1000数字式显微硬度计，载荷为100g，加载时间15s，对喷涂层取十点打硬度，最后得到该涂层的平均显微硬度值。
采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机进行磨损实验。实验参数如下：橡胶轮转速：240转/分、橡胶轮直径：178mm、橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)、载荷：10Kg、橡胶轮转数：预磨1000转、正式磨2000转、磨料：40～70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨损的失重量来衡量。在实验前、后，将试件放入盛有丙酮溶液的烧杯中，在超声波清洗仪中清洗3～5分钟，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该配方的相对耐磨性。相对耐
如表1所示，所研制的电弧喷涂涂层硬度高，HV0.1＞1190，耐磨性好，其相对耐磨性可达到Q235钢的15.8倍，涂层硬度高、耐磨性能好，能提高金属结构构件和装置部件在严酷的腐蚀磨损环境中的使用性能、延长服役寿命。
表1
  硬度(HV<sub>0.1</sub>)   平均磨损量(g)   相对耐磨性(ε)
  实施例1   1190.1   0.0779   14.5
  实施例2   1232.3   0.0758   14.9
  实施例3   1329.7   0.0741   15.2
  实施例4   1393.5   0.0715   15.8
  基材Q235钢   1.1291   1

Claims (1)

1.一种电弧喷涂制备含CrB非晶涂层用的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯成分质量百分含量范围如下：
硼铬：60～80％，Cr3C2：5～20％，WC：5～10％，Fe粉：余量。
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