CN102994936A

CN102994936A - 一种纳米复合粉芯丝材

Info

Publication number: CN102994936A
Application number: CN201210521799XA
Authority: CN
Inventors: 翟长生; 魏滔; 骆毛喜; 宋希娟; 翟腾
Original assignee: XINXIANG BRILLIANT MECHANICAL REMANUFACTURING CO Ltd
Current assignee: XINXIANG BRILLIANT MECHANICAL REMANUFACTURING CO Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种纳米复合粉芯丝材。本发明的技术方案要点为：一种纳米复合粉芯丝材，由纳米复合粉芯和外皮组成，其中纳米复合粉芯占纳米复合粉芯丝材质量的25%~40%，所述的外皮为纯度大于99.9%的铝带，所述的粉芯是由以下质量百分含量的纳米材料复合而成的：粒径小于1000nm的超细铝粉5%~24.3%、粒径小于100nm的纳米二氧化钛14.4%~18%、粒径小于100nm的纳米氧化铝粉36%~45%、粒径小于100nm的超细氧化铬25%~31%和混合稀土粉0.3%~1%。本发明中沿海装备长效防腐防滑防磨用的纳米复合粉芯丝材，采用电弧喷涂设备制备涂层，既适合于沿海或海上装备，也适用于大气条件下各种设施钢结构的防腐防滑防磨。

Description

一种纳米复合粉芯丝材

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，具体涉及一种纳米复合粉芯丝材。本发明纳米复合粉芯丝材主要用于制备沿海及海上各种装备及港口设施在海洋气候条件下的钢结构防腐防滑防磨涂层。

背景技术

由于海洋腐蚀环境苛刻，海洋环境中的钢铁易与周围介质发生电化学反应而受到严重腐蚀。同时，沿海及海上装备如海上石油平台甲板、舰船甲板、直升机起落甲板及港口设备的钢结构部位，不仅要求有强防腐能力，而且对防滑防磨也有很高的要求。我国目前采用传统的聚合物加大颗粒金刚砂构成的复合涂层体系，防腐防滑防磨性能较差，严重地影响了海洋装备的使用寿命，同时安全性和可靠性较差。因此开发新型涂层材料体系，以提高沿海及海洋装备的的防腐防滑防磨性能，以取代现有的防腐材料及工艺，已成为急待解决的问题之一。

发明内容

本发明针对沿海及海上装备的防腐防滑防磨方面存在的不足和缺陷，提供了一种纳米复合粉芯丝材，以提高沿海及海上装备的防腐防滑防磨性能，从而极大地延长沿海及海上装备的使用寿命，增强其使用的可靠性和安全性，降低运行成本，提高经济效益。

本发明的技术方案为：一种纳米复合粉芯丝材，其特征在于：所述的纳米复合粉芯丝材由纳米复合粉芯和外皮组成，其中纳米复合粉芯占纳米复合粉芯丝材质量的25%~40%，所述的外皮为纯度大于99.9%的铝带，所述的粉芯是由以下质量百分含量的纳米材料复合而成的：粒径小于1000nm的超细铝粉5%~24.3%、粒径小于100nm的纳米二氧化钛14.4%~18%、粒径小于100nm的纳米氧化铝粉36%~45%、粒径小于100nm的超细氧化铬25%~31%和混合稀土粉0.3%~1%。所述的混合稀土粉的化学成分如表1所示。

表1 混合稀土的化学成分(wt%)

La	Ce	Pr	Nd	Fe	Mg	Sn
							33	59	4.6	<1.0	0.17	0.25	1.2

本发明所述的纳米复合粉芯丝材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、按照上述纳米复合粉芯的比例称取原料制备纳米复合粉芯；（2）、将选择用的铝带轧成U形，再向U形槽中加入步骤（1）制备的纳米复合粉芯，其中纳米复合粉芯的质量为所要制备的纳米复合粉芯丝材质量的25%~40%；（3）、将U形槽合口，使纳米复合粉芯包裹其中，通过粉芯丝材成型装置经过拉拔过程，即制得成品纳米复合粉芯丝材，纳米复合粉芯丝材的直径为1.6~2.4mm。

本发明所述的防腐防滑防磨涂层制备方法为：表面喷砂粗糙活化处理，利用喷砂机将待喷涂设备表面喷砂，喷砂后的基体表面粗糙度达到Sa2.5级以上水平，采用电弧喷涂设备将纳米复合粉芯丝材喷涂形成涂层，喷涂工艺根据不同的电弧喷涂设备（普通电弧喷涂或超音速电弧喷涂或高能电弧喷涂）有所区别。本发明的沿海装备长效防腐防滑防磨用纳米复合粉芯丝材通过电弧喷涂制备的涂层性能指标为：涂层孔隙率小于1%，结合强度大于21MPa，颜色为银灰色，中性盐雾实验1713小时不腐蚀。

本发明的纳米复合粉芯丝材制备的涂层有以下突出的优点：（1）、通过电弧喷涂设备制备的涂层会发生自蔓延原位合成反应生成纳米陶瓷氧化物增强Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃；（2）、本发明制备的涂层因纳米颗粒的存在和原位合成反应，实现了纳米陶瓷颗粒强化、金属铬固溶强化等微观结构特征，具有高致密性、高硬度、高耐磨性和高防滑性能，盐雾实验结果表明其防腐性高于纯金属涂层，从而达到了海洋装备平台的防腐防滑防磨目的。

附图说明

图1 为本发明的纳米复合粉芯丝材的结构示意图；图2为本发明的纳米复合粉芯丝材成型工艺原理图；图3为 Al涂层摩擦实验曲线；图4为Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃纳米复合涂层摩擦实验曲线。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合具体的实施例和相应的附图，对本发明的沿海装备长效防腐防滑防磨用纳米复合粉芯丝材作进一步的说明。

实施例1

选用10X0.5(宽度10mm，厚度为0.5mm)的铝带，先将其轧成U形，将超细铝粉159.5克、纳米二氧化钛粉160克、纳米氧化铝粉400克、超细氧化铬粉280克和混合稀土粉5克放放球磨机中混合20分钟，然后取混合粉末加入U型的铝带槽中，通过合口，拉拔过程，制得直径为2.0mm的成品丝材，纳米复合粉芯的质量为纳米复合粉芯丝材的25%~27%。

实施例2

选用10X0.5(宽度10mm，厚度为0.5mm)的铝带，先将其轧成U形，将超细铝粉50克、纳米二氧化钛粉144克、纳米氧化铝粉360克、超细氧化铬粉250克和混合稀土粉10克放放球磨机中混合20分钟，然后取混合粉末加入U型的铝带槽中，通过合口，拉拔过程，制得直径为1.6mm的成品丝材，纳米复合粉芯的质量为纳米复合粉芯丝材的30%。

实施例3

选用10X0.5(宽度10mm，厚度为0.5mm)的铝带，先将其轧成U形，将超细铝粉243克、纳米二氧化钛粉180克、纳米氧化铝粉450克、超细氧化铬粉310克和混合稀土粉3克放放球磨机中混合20分钟，然后取混合粉末加入U型的铝带槽中，通过合口，拉拔过程，制得直径为2.4mm的成品丝材，纳米复合粉芯的质量为纳米复合粉芯丝材的39%~40%。

采用由新乡市布瑞林特机械再制造有限责任公司生产的BRI-400超音速电弧涂设备在设备表面喷涂实施例1制得的纳米复合粉芯丝材形成涂层，电弧电压：29~32V，工作电流175~200A，压缩空气压力为0.5~0.7MPa，喷涂距离180~220mm。

为评价本发明制备的涂层性能，和同等条件下的制备的Al涂层进行了摩擦磨损和中性盐雾腐蚀对比试验。

对磨副为95氧化铝陶瓷材料，摩擦磨损试验仪器型号为：WMM-W1。试验条件为，旋转速度20r/m，载荷：500克。摩擦磨损试验结果如图2和图3所示，试验结果表明，Al涂层的最大摩擦系数0.348，平均摩擦系数0.155，而Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃纳米复合涂层的最大摩擦系数为0.544，平均摩擦系数为：0.305。由此可见，Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃纳米复合涂层的摩擦系数在封孔和不封孔条件下均高于Al涂层，从而实现了防滑功能。

表2为两种涂层的中性盐雾实验结果

涂层材料	96小时	256小时	1713小时
				铝涂层	完好	变为淡灰色，有微量白色产物沉积	白色物沉积，产生红锈。
Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃纳米复合涂层	完好	完好	白色物沉积，无红锈。

表2为中性盐雾实验结果。试验用的设备为WX-60B盐水喷雾试验机，由试验结果可知，在中性盐雾条件下，由本发明制备的纳米复合涂层的耐蚀性高于纯铝涂层，这是由于纳米复合涂层中的纳米陶瓷颗粒强化、铬和稀土共同作用使得涂层抗盐雾腐蚀性得到提高。因此，纳米复合涂层具有较高的抗海洋气候腐蚀性能。

综合上述实验结果表明，采用本发明制备的Al-Cr-Re/Al₂O₃-TiO₂-Cr₂O₃纳米复合涂层具有优异的防腐防滑防磨性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易实现变化或替换，都就涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种纳米复合粉芯丝材，其特征在于：所述的纳米复合粉芯丝材由纳米复合粉芯和外皮组成，其中纳米复合粉芯占纳米复合粉芯丝材质量的25%~40%，所述的外皮为纯度大于99.9%的铝带，所述的粉芯是由以下质量百分含量的纳米材料复合而成的：粒径小于1000nm的超细铝粉5%~24.3%、粒径小于100nm的纳米二氧化钛14.4%~18%、粒径小于100nm的纳米氧化铝粉36%~45%、粒径小于100nm的超细氧化铬25%~31%和混合稀土粉0.3%~1%。

2.根据权利要求1所述的纳米复合粉芯丝材，其特征在于：所述的混合稀土粉的成分为：La、Ce、Pr、Nd、Fe、Mg和Sn。

3. 一种权利要求1所述的纳米复合粉芯丝材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、按照上述纳米复合粉芯的比例称取原料制备纳米复合粉芯；（2）、将选择用的铝带轧成U形，再向U形槽中加入步骤（1）制备的纳米复合粉芯，其中纳米复合粉芯的质量为所要制备的纳米复合粉芯丝材质量的25%~40%；（3）、将U形槽合口，使纳米复合粉芯包裹其中，通过粉芯丝材成型装置经过拉拔过程，即制得成品纳米复合粉芯丝材，纳米复合粉芯丝材的直径为1.6~2.4mm。