CN102418064A - 耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法 - Google Patents

耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，属于耐腐蚀涂层制备技术领域。该方法制备的涂层由两个功能涂层复合而成：从基体依次为采用超音速喷涂制备的NiCr5Al粘结层和TiAlNb顶层涂层。采用该方法所制备的复合涂层致密、硬度均匀、涂层结合强度高，耐液锌腐蚀性能优。经测试，涂层结合强度≥65MPa,涂层硬度HV0.1≥500，涂层抗液锌腐蚀能力较WC-Co涂层提高3倍以上。

Description

耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，属于耐腐蚀涂层制备技术领域。
背景技术
在工业热浸镀锌生产中，沉没辊、轴承、锌锅等部件在液态锌中腐蚀严重，频繁的维修与更换严重阻碍了生产的发展。表面改性技术是提高材料性能最有效的方法之一。目前，国内外普遍采用表面改性的方法对热浸镀锌生产部件进行表面处理，以求改善材料的耐液锌腐蚀寿命。WC-Co涂层是目前工业生产中保护材料耐液锌腐蚀应用最广泛的涂层，但其平均1-3周的使用寿命已不能满足生产的发展，难以有效解决热浸镀锌生产过程中的液锌腐蚀问题。
近几年，耐液锌腐蚀材料的研发吸引了越来越多科技工作者的目光和关注，也取得了一定的进展。但是，距离这些材料真正应用于生产实践还有很大的差距。目前为止，根据文献报道（S. Matthews, B. James, J. Therm. Spray Technol. 19 (2010) 1283.）超音速喷涂MoB/CoCr 涂层是耐液锌腐蚀性能最好的材料。在熔融态Al-45wt.%Zn 和Al-Zn-1.5wt.%Si合金中，超音速喷涂MoB/CoCr涂层耐腐蚀寿命（>600h）远远优于传统超音速喷涂WC-Co和WC-Co-Cr涂层。
根据我们课题组前期的研究发现，TiAlNb合金具有优异的耐液锌腐蚀性能（J.P.Lin, CHN Patent 10011237.5, 2006）。Ti4Nb3Al9合金在熔融锌液中（Zn-0.2wt.%Al）耐液锌腐蚀寿命超过150天，其性能远远优于现有耐液锌腐蚀材料。但是，TiAlNb合金由于其脆性和难加工性，使其很难直接被作为结构材料加以应用。采用超音速喷涂（HVOF）工艺对不锈钢基体表面进行喷涂处理，结果显示TiAlNb涂层同样表现出优异的耐液锌腐蚀性能，耐腐蚀寿命超过50天，优于资料报道中的超音速喷涂MoB/CoCr 涂层。超音速喷涂TiAlNb涂层耐液锌腐蚀寿命与MoB/CoCr 涂层相比，耐液锌腐蚀寿命提高一倍以上。TiAlNb合金作为一种新型材料非常有希望在热浸镀锌工业生产领域加以应用。
发明内容
本发明为解决现有涂层不能对热浸镀锌部件提供有效保护而带来的腐蚀失效问题，提供一种耐液锌腐蚀TiAl-Nb复合涂层的制备方法。
一种耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
1）、在制备底层涂层之前基体表面进行预处理，所述预处理包括打磨和粗化、清洗及除锈；
2）采用超音速喷涂方法在基体表面制备粘结层涂层，其中所述超音速喷涂过程中喷涂的粉末为NiCr5Al，粉末的粒度为10～45μm, 粘结层厚度为0.05～0.15mm。喷涂工艺参数为：氧气流量为160～220 L/min, 丙烷流量为25～35 L/min，喷涂距离为190 ～220mm, 空气压力为0.3～0.4MPa, 送粉量为20 -50g/min；
3）对步骤2）所述粘结层涂层进行烘干及预热；
4）通过超音速喷涂制备TiAl-Nb表面涂层，喷涂的粉末为TiAl-Nb 金属间化合物合金经真空熔炼、机械破碎及筛选后的粉末；粉末粒度为10～45μm, 喷涂涂层厚度为1.0～2.0mm; 喷涂工艺参数为：氧气流量为140～200 L/min, 丙烷流量为20～30 L/min，喷涂距离为190～220mm, 空气压力为0.3～0.4MPa, 送粉量为5 -20g/min。
步骤1）所述打磨和粗化包括选用喷砂粒径为20目～60目的棕刚玉砂，对所述基体表面进行粗化，其中粗化程度为：粗糙度≥5。
步骤3）所述的预热，预热温度为100℃～150℃。
本发明的创新点在于提供了一种新型耐液锌腐蚀涂层及其制备方法，采用超音速喷涂工艺制备复合涂层，改善了单一Ti4Nb3Al9涂层与基体结合强度强度低，易脱落失效的问题。可广泛用于液锌腐蚀破坏环境下使用的零部件的表面防护。
本发明通过超音速喷涂工艺有效地将两种涂层优点相结合，制备的复合涂层致密、均匀、结合强度高，涂层结合强度≥65MPa, 涂层硬度HV0.1≥500，涂层抗液锌腐蚀能力较WC-Co 涂层提高3倍以上。 
附图说明
图1为本发明方法制备的Ti4Nb3Al9涂层微观组织形貌。
具体实施方式
实施例1，选择与热浸镀锌沉没辊316L不锈钢相同的材质作为基体，采用本实施方式提供的复合涂层制备方法，首先对基材表面进行打磨、除毛刺、除锈、清洗；选用喷砂粒度为24目的棕刚玉砂进行表面粗化，粗化程度为粗糙度≥5，优选为8.3；采用超音速喷涂在基材表面喷涂NiCr5Al粘结层，粘结层厚度为0.1mm；喷涂前预热温度为100℃～150℃；喷涂粉末粒度为-300目，喷涂工艺参数为氧气流量为197.6 L/min, 丙烷流量为26.4L/min，喷涂距离为200mm, 空气压力为0.35Mpa, 送粉量为30g/min；对所属粘结层通过超音速喷涂制备Ti4Nb3Al9表层涂层，喷涂前预热温度为100℃～150℃；喷涂粉末粒度为10μm～45μm，喷涂工艺参数为氧气流量为145.2 L/min, 丙烷流量为26.4 L/min，喷涂距离为200mm, 空气压力为0.35Mpa, 送粉量为10g/min，Ti4Nb3Al9表层涂层厚度为0.15mm；实验结果：超音速喷涂Ti4Nb3Al9复合涂层在液锌中的耐腐蚀寿命为22天。
实施例2，选择410不锈钢作为基体，采用本实施方式提供的复合涂层制备方法，首先对基材表面进行打磨、除毛刺、除锈、清洗；选用喷砂粒度为24目的棕刚玉砂进行表面粗化，粗化程度为粗糙度8.3；采用超音速喷涂在基材表面喷涂NiCr5Al粘结层，粘结层厚度为0.1mm；喷涂前预热温度为100℃～150℃；喷涂粉末粒度为-300目，喷涂工艺参数为氧气流量为197.6 L/min, 丙烷流量为26.4L/min，喷涂距离为200mm, 空气压力为0.35Mpa, 送粉量为35g/min；对所属粘结层通过超音速喷涂制备Ti4Nb3Al9表层涂层，喷涂前预热温度为100℃～150℃；喷涂粉末粒度为10μm～45μm，喷涂工艺参数为氧气流量为145.2 L/min, 丙烷流量为26.4 L/min，喷涂距离为200mm, 空气压力为0.35Mpa, 送粉量为10g/min，Ti4Nb3Al9表层涂层厚度为0.15mm；超音速喷涂Ti4Nb3Al9复合涂层在液锌中的耐腐蚀寿命为43天。
本发明在研究分析液锌对不锈钢腐蚀特性后，设计了复合涂层体系，底层涂层采用超音速喷涂工艺制备粘结层，粘结层热膨胀系数介于不锈钢基体与TiAlNb表层涂层之间，有利于降低表层涂层热膨胀系数与基体的不匹配，减少涂层内的残余应力，提高表层涂层与基体的结合强度。表面涂层材料采用耐液锌腐蚀性能优异的Ti4Nb3Al9金属间化合物，经机械破碎、球磨、筛选后作为喷涂粉末，经超音速喷涂后，涂层硬度高、孔隙率低，耐液锌腐蚀性能好，有效保护基材免受液锌腐蚀。

Claims (3)

1.一种耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
1）、在制备底层涂层之前基体表面进行预处理，所述预处理包括打磨和粗化、清洗及除锈；
2）、采用超音速喷涂方法在基体表面制备粘结层涂层，其中所述超音速喷涂过程中喷涂的粉末为NiCr5Al，粉末的粒度为10～45μm, 粘结层厚度为0.05～0.15mm；喷涂工艺参数为：氧气流量为160～220 L/min, 丙烷流量为25～35 L/min，喷涂距离为190 ～220mm, 空气压力为0.3～0.4MPa, 送粉量为20 -50g/min；
3）、对步骤2）所述粘结层涂层进行烘干及预热；
4）、通过超音速喷涂制备TiAl-Nb表面涂层，喷涂的粉末为TiAl-Nb 金属间化合物合金经真空熔炼、机械破碎及筛选后的粉末；粉末粒度为10～45μm, 喷涂涂层厚度为1.0～2.0mm; 喷涂工艺参数为：氧气流量为140～200 L/min, 丙烷流量为20～30 L/min，喷涂距离为190～220mm, 空气压力为0.3～0.4MPa, 送粉量为5 -20g/min。
2.根据权利要求1 所述的耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤1）所述打磨和粗化包括选用喷砂粒径为20目～60目的棕刚玉砂，对所述基体表面进行粗化，其中粗化程度为：粗糙度≥5。
3.根据权利要求1所述的耐液锌腐蚀超音速喷涂TiAl-Nb复合涂层的制备方法，其特征在于步骤3）所述的预热，预热温度为100℃～150℃。
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