CN104264099A - 一种Fe-Gr-Si纳米涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Fe-Gr-Si纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为：Fe占52％-72％、Gr占11％-29％、Si占11％-29％、CBN占1％-6％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni；其制备方法为：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、B、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺制备Fe-Gr-Si涂层。本发明解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，整体提高了材料表面的耐磨性能，价格低廉，节省成本，又达到硬化材料目的。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Fe-Gr-Si纳米涂层及其制备方法。
背景技术
热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上,形成特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术。热喷涂技术中最常用的是超音速火焰喷涂(HVOF)技术，HVOF发展非常迅速，从1982年美国的James.A.Browning开发出第一代超音速火焰喷涂装置Jet KoteI以来,仅10余年,HVOF工艺及装置取得了长足的进展,其优异的涂层质量及与自动控制系统的结合使用,使该工艺从问世之初的仅用于飞行发动机零部件耐磨层喷涂,发展到航空、冶金、纺机、汽车、铁路等领域的大量应用,代表了现代热喷涂技术发展的方向。
然而在超音速火焰喷涂技术的应用中，最关键的因素还包括涂层材料的选择，不同的工件适用的涂层材料不同，且相同的材料采用不同的配比所产生的效果也是千差万别，另外，超音速火焰喷涂技术对喷涂粒子尺寸范围要求严格，为了拓宽超音速火焰喷涂技术的应用领域，人们需要一种性能优良，适用范围广的涂层材料。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种Fe-Gr-Si纳米涂层及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种Fe-Gr-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占52％-72％、Gr占11％-29％、Si占11％-29％、CBN占1％-6％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni。
一种Fe-Gr-Si纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、B、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe-Gr-Si涂层；所述助剂CBN能提高材料的硬度40％。
所述纳米粉末采用超音速火焰(HVOF)喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe-Gr-Si涂层。
本发明的有益效果是：本发明解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层硬度提高了50％，弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用；所述Fe-Gr-Si纳米涂层适合多种钢材，尤其适合一些材料表面需要硬化，但要求又不高，价格低廉，节省成本，又达到硬化材料目的的情况。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种Fe-Gr-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占52％、Gr占28％、Si占15％、CBN占3.75％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni。
一种Fe-Gr-Si纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、B、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe-Gr-Si涂层。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例二：
一种Fe-Gr-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占58％、Gr占11％、Si占28％、CBN占1.75％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni。
一种Fe-Gr-Si纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表3。
实施例三：
一种Fe-Gr-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占65％、Gr占16％、Si占12％、CBN占5.75％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni。
一种Fe-Gr-Si纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表4。
所述Fe-Gr-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
表1Fe-Gr-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
由实验数据可得，Fe-Gr-Si纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高工件表面的结合强度，能大幅度提高工件表面的显微硬度。
表2实施例一的Fe-Gr-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
| 组别 | 测试前(g) | 测试后(g) | 损失(mg) |
| 实施例一 | 75.6372 | 75.6355 | 1.7 |
| 对照组 | 71.9714 | 71.9561 | 15.3 |
表3实施例二的Fe-Gr-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
| 组别 | 测试前(g) | 测试后(g) | 损失(mg) |
| 实施例二 | 65.2452 | 66.2435 | 1.7 |
| 对照组 | 69.8641 | 69.8495 | 14.6 |
表4实施例三的Fe-Gr-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
| 组别 | 测试前(g) | 测试后(g) | 损失(mg) |
| 实施例三 | 71.7542 | 71.7526 | 1.6 |
| 对照组 | 74.3872 | 74.3709 | 16.3 |
由表2、表3和表4可见，Fe-Gr-Si纳米涂层具有优良的耐磨性。
Fe-Gr-Si纳米涂层制得的Fe-Gr-Si纳米涂层具有光亮、致密、加工光洁度良好等优点，用于修复磨损了的青铜、不锈钢零件，还可用于修补不锈钢容器中的汽蚀，也作为泵轴上的衬垫面、机械密封面或电机轴表面的涂层等。
Fe-Gr-Si纳米涂层制成的Fe-Gr-Si纳米涂层硬度最高可达HRC58，Fe-Gr-Si纳米涂层的喷涂厚度可达2毫米，经过多次试验得出Fe-Gr-Si纳米涂层的结合强度、组织的致密度较好，Fe-Gr-Si纳米涂层的密度可达9.96g/cm3。
Fe-Gr-Si纳米涂层优于传统涂层材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，在相同的条件下，20Cr的磨损量是Fe-Gr-Si涂层的10倍左右，可见Fe-Gr-Si纳米涂层与传统合金材料相比有着很大的进步，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种Fe-Gr-Si纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Fe占52％-72％、Gr占11％-29％、Si占11％-29％、CBN占1％-6％、微量元素占1.25％；所述微量元素包括Go、Mo、B、Ni。
2.一种Fe-Gr-Si纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、B、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在模具钢基体上制备Fe-Gr-Si涂层。
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