CN100587112C - 大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法。具体方法是：(1)打底层制备：将20-300目钛铁合金粉与20-1000目B4C的混合粉末，FeTi∶B4C的质量组成中Ti∶B元素的质量比在1.5-4.0∶1；粉末混合均匀后熔敷在除锈后的钢板表面；(2)盖面层制备：配制20-300目钛粉与20-1000目B或B4C的混合粉末，Ti∶B质量组成比例在1.5-2.5∶1，熔敷在步骤(1)完成的钢板表面的打底层上。在钢基体表面上形成致密的高熔点TiB2基复合涂层，而且涂层与基体冶金结合，涂层厚度可达5mm以上。等离子弧熔敷工艺又是一种简便的连续制备TiB2涂层制备方法，因此，利用等离子弧条件下TiB2基复合陶瓷的原位合成与制备技术可以方便地制备抗高温磨损、高温磨蚀、抗火焰和电弧烧蚀、抗热辐射、高温导电零件或在各种金属材料表面制备涂层。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷技术领域，特别是涉及大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法。
背景技术
TiB2基陶瓷材料具有高熔点、高硬度、低密度、极好的高温稳定性、抗热震性，而且在室温和高温都具有优异的化学稳定性、抗熔盐和熔融金属腐蚀性能，因而是一种非常优异的耐高温磨损、磨蚀材料；特别是它在高温条件具有优良的高温导电性能、且不易挥发，从而成为少数几种在2500以上应用的耐高温结构材料。
为了制备致密的二硼化钛基陶瓷涂层，现有的方法是采用直接在灼热的工件表面还原成热分解卤化硼与卤化钛的蒸汽的方法制备二硼化钛基陶瓷涂层，但用这方法获得的TiB2涂层很薄(微米级)，而且与基体之间的结合力很差。另外还可以采用灼热的金属钛表面还原卤化硼并使硼扩散到金属基体中去的方法制备二硼化钛基陶瓷涂层，但只能在金属钛基合金表面制备，而且也很薄(微米级)。要制备大厚度TiB2涂层目前还没有办法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法。采用等离子熔敷的方法在铁基金属表面制备TiB2涂层，厚度可达5mm以上。
本发明的具体方法如下：
本发明的大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，步骤如下：
(1)打底层制备：将20-300目钛铁合金粉与20-1000目B4C的混合粉末，FeTi∶B4C的质量组成中Ti∶B元素的质量比在1.5-4.0∶1；粉末混合均匀后熔敷在除锈后的钢板表面；
(2)盖面层制备：配制20-300目钛粉与20-1000目B或B4C的混合粉末，Ti∶B质量组成比例在1.5-2.5∶1，熔敷在步骤(1)完成的钢板表面的打底层上。
所述的步骤(1)或步骤(2)中的混合粉中分别或同时添加占总粉末质量0.10-20％wt的Ni或0.10-15％wt的Ti、Cr或Nb金属粉的一种或两种以上的混合。所述的Nb金属粉是纯金属粉或是含相当Nb量的Nb-Fe合金粉。
所述的步骤(1)或步骤(2)熔敷的方法是采用送粉式熔敷的同轴送粉的等离子弧熔敷，或用水玻璃将粉末混合后的预涂层式熔敷；步骤(1)或步骤(2)熔敷的方法是相同的或不同的。
本发明的送粉式熔敷是将粉末混合均匀后采用同轴送粉的方法进行等离子弧熔敷，转移弧电流：100-320A、转移弧电压：32-40V、摆动频率：10-40次/min、焊速：30-100mm/min、送粉速度10-50g/min。
本发明的预涂层式熔敷是用水玻璃将粉末混合后预涂于钢板表面，使预涂层厚度达到3-6mm，然后将涂有该涂层的钢板经室温干燥4-8小时后，再经100-600℃烘干30-60min种后用等离子弧将钢板表面的涂层重熔，转移弧电流：100-320A、转移弧电压：32-40V、摆动频率：10-40次/min、焊速：30-100mm/min。
在采用送粉式制备盖面层时，可以在打底层熔敷完成以后连续进行盖面层制备，在采用预涂层式等离子弧熔敷制备盖面层时应等待打底层冷却到50℃以下再在打底层表面进行盖面层原料的涂敷，烘干和熔敷，其中烘干工艺同打底层(1)。
打底层和在打底层上面的盖面层共同组成了大厚度TiB2涂层。
本发明的优点是：在钢基体表面上形成致密的高熔点TiB2基复合涂层，而且涂层与基体冶金结合，涂层厚度可达5mm以上。等离子弧熔敷工艺又是一种简便的连续制备TiB2涂层(包括大厚度涂层)制备方法，因此，利用等离子弧条件下TiB2基复合陶瓷的原位合成与制备技术可以方便地制备抗高温磨损、高温磨蚀(特别是液态金属中抗磨损零件如热镀锌、热镀铝生产线中的沉没辊、轴承、搅拌器等)、抗火焰和电弧烧蚀(如开关触点)、抗热辐射、高温导电零件或在各种金属材料表面制备涂层。由于它对各种电磁波和射线具有很高的反射率，因而也可用该技术制备各种关键设施的屏蔽涂层。
附图说明
图1：实施例4的电镜照片。
具体实施方式
实施例1：
将厚度10mm，长宽各位200mm和100mm钢板表面用机械方法除锈后备用；将300目钛铁合金粉，与300目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比4.0∶1混合均匀，用水玻璃将粉末调合后预涂于钢板表面，使预涂层厚度达到4mm。室温干燥6小时后，放入烘干炉100烘干1小时，再升温至300℃烘干1小时，取出后进行用等离子弧重熔。等离子弧重熔采用120A转移弧电流、32V转移弧电压、40次/min摆动频率、100mm/min的等离子弧行走速度，待等离子弧完全扫过粉末涂敷层后切断电源，钢板自然冷却至50℃以下备用.打底层完成。
将20目钛铁合金粉，与20目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比1.5∶1混合均匀，用水玻璃将粉末调合后预涂于钢板已经一次熔敷的打底层表面，使涂层厚度达到3mm。室温干燥4小时后，放入烘干炉100烘干1小时，再升温至300℃烘干1小时，取出后再次进行等离子弧重熔。等离子弧重熔采用320A转移弧电流、32V转移弧电压、10次/min摆动频率、30mm/min的等离子弧行走速度，待等离子弧完全扫过粉末涂敷层后切断电源，钢板自然冷却至室温。涂层制备完成。完成的涂层厚度达到6mm左右。
实施例2：
将厚度15mm，长宽各位200mm和100mm钢板表面用机械方法除锈后备用；将200目钛铁合金粉，与200目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比4.0∶1混合均匀，倒入送粉器。将除锈后的钢板置于等离子弧喷枪下方，按等离子喷焊的常规要求开始打底层的喷焊，等离子弧喷焊采用200A转移弧电流、36V转移弧电压、20次/min摆动频率、100mm/min的等离子弧行走速度、30g/min的送粉速度，待等离子弧完全扫过钢板表面后切断电源，打底层完成。
倒出送粉器中的剩余粉末，将200目钛铁合金粉，与200目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比1.5∶1混合均匀后，倒入送粉器，再次对已完成打底层的钢板打底层表面进行等离子弧喷焊。等离子弧重熔采用280A转移弧电流、32V转移弧电压、20次/min摆动频率、30mm/min的等离子弧行走速度、50g/min的送粉速度，待等离子弧完全扫过钢板表面后切断电源，钢板自然冷却至室温。涂层制备完成。完成的涂层厚度达到10mm左右。
实施例3：
将厚度20mm，长宽各位200mm和100mm钢板表面用机械方法除锈后备用；将20目钛铁合金粉，与20目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比4.0∶1混合均匀，加入占总粉末质量10％的100目Ni粉，继续混合均匀，然后用水玻璃将粉末调合后预涂于钢板表面，使预涂层厚度达到6mm。室温干燥8小时后，放入烘干炉100烘干1小时，再升温至300℃烘干1小时，取出后进行用等离子弧重熔。等离子弧重熔采用250A转移弧电流、32V转移弧电压、40次/min摆动频率、100mm/min的等离子弧行走速度，待等离子弧完全扫过粉末涂敷层后切断电源.打底层完成。
将200目钛铁合金粉，与200目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比2.5∶1混合均匀后，加入占总粉末质量10％的100目Ni粉，加入占总粉末质量15％的100目Cr粉，继续混合均匀，然后倒入送粉器，对已完成打底层的钢板打底层表面进行送粉式等离子弧喷焊。等离子弧喷焊采用280A转移弧电流、32V转移弧电压、20次/min摆动频率、30mm/min的等离子弧行走速度、50g/min的送粉速度，待等离子弧完全扫过钢板表面的打底层后切断电源，钢板自然冷却至室温。涂层制备完成，完成的涂层厚度达到12mm左右。
实施例4：
将厚度15mm，长宽各位200mm和100mm钢板表面用机械方法除锈后备用；将200目钛铁合金粉，与200目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比4.0∶1混合均匀，倒入送粉器。将除锈后的钢板置于等离子弧喷枪下方，按等离子喷焊的常规要求开始打底层的喷焊，等离子弧喷焊采用100A转移弧电流、36V转移弧电压、20次/min摆动频率、100mm/min的等离子弧行走速度、10g/min的送粉速度，待等离子弧完全扫过钢板表面后切断电源，打底层完成。
将20目钛铁合金粉，与20目B4C的粉末按Ti∶B元素的质量比1.5∶1混合均匀，用水玻璃将粉末调合后预涂于钢板已经一次熔敷的打底层表面，使涂层厚度达到4mm。室温干燥4小时后，放入烘干炉100烘干1小时，再升温至300℃烘干1小时，取出后再次进行等离子弧重熔。等离子弧重熔采用320A转移弧电流、32V转移弧电压、10次/min摆动频率、30mm/min的等离子弧行走速度，待等离子弧完全扫过粉末涂敷层后切断电源，钢板自然冷却至室温。涂层制备完成。完成的涂层厚度达到5.5mm左右，参见附图1。
实施例5：
打底层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的打底层用混合粉末中再加入10％Ti金属粉。
盖面层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的盖面层用混合粉末中用B粉代替B4C，并保持与实施例2同样的Ti∶B比例。
实施例6：
打底层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的打底层用混合粉末中再加入10％Ti金属粉。
盖面层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的盖面层用混合粉末中再加入20％Ni金属粉。
实施例7：
打底层的制备方法同实施例3，只是在实施例3的打底层用混合粉末中再加入10％Nb粉(在加入总Nb金属含量不变的情况下，也可采用Nb-Fe合金替代)。
盖面层的制备方法同实施例3，只是在实施例3的盖面层用混合粉末中将Cr金属粉替换为Nb金属粉。
实施例8：
打底层的制备方法同实施例3，只是在实施例3的打底层用混合粉末中再加入10％Cr金属粉。
盖面层的制备方法同实施例3。
实施例9：
打底层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的打底层用混合粉末中再加入10％Cr金属粉和20％Ni金属粉。
盖面层的制备方法同实施例2，只是在实施例2的盖面层用混合粉末中再加入20％Ni金属粉，10％Cr金属粉和5％Nb金属粉。
本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，其特征是：
(1)打底层制备：将20-300目钛铁合金粉与20-1000目B4C的混合粉末，FeTi∶B4C的质量组成中Ti∶B元素的质量比在1.5-4.0∶1；粉末混合均匀后熔敷在除锈后的钢板表面；
(2)盖面层制备：配制20-300目钛粉与20-1000目B或B4C的混合粉末，Ti∶B质量组成比例在1.5-2.5∶1，熔敷在步骤(1)完成的钢板表面的打底层上；
步骤(1)或步骤(2)中的混合粉中分别或同时添加以混合粉末总质量为基准0.10-20％wt的Ni或0.10-15％wt的Ti、Cr或Nb金属粉的一种或两种以上的混合。
2.如权利要求1所述的大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，其特征是所述的Nb金属粉是纯金属粉或是含相当Nb量的Nb-Fe合金粉。
3.如权利要求1所述的大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，其特征是所述的步骤(1)或步骤(2)熔敷的方法是采用送粉式熔敷的同轴送粉的等离子弧熔敷，或用水玻璃将粉末混合后的预涂层式熔敷；步骤(1)或步骤(2)熔敷的方法是相同的或不同的。
4.如权利要求3所述的大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，其特征是所述的同轴送粉的方法是进行等离子弧熔敷，转移弧电流：100-320A、转移弧电压：32-40V、摆动频率：10-40次/min、焊速：30-100mm/min、送粉速度10-50g/min。
5.如权利要求3所述的大厚度TiB2涂层的等离子弧制备方法，其特征是所述的预涂层式熔敷是用水玻璃将粉末混合后预涂于钢板表面，使预涂层厚度达到3-6mm，然后将涂有该涂层的钢板经室温干燥4-8小时后，再经100-600℃烘干30-60min后用等离子弧将钢板表面的涂层重熔，转移弧电流：100-320A、转移弧电压：32-40V、摆动频率：10-40次/min、焊速：30-100mm/min。
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