CN104294205A - 一种ZrO2-HfO2涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种ZrO2-HfO2涂层及其制备方法，包括混合材料和微量元素，混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；混合材料包括以下组分：ZrO2为12％～32％，HfO2为占61％～79％，TiO2为1％～10％。制备方法为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。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，提高了涂层硬度、弹性模量，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。

Description

一种ZrO2-HfO2涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热喷涂涂层，具体是一种ZrO2-HfO2涂层及其制备方法。
背景技术
在传统工艺中，修复工件大多采用喷焊、堆焊、电镀硬铬等方式，涂层存在结合力较低、孔隙率较高、均匀性较差等问题。此外，对于较小的制品，喷涂效率低，也很不经济，传统的涂层虽然一定程度上改善了工件的耐磨性，延长了工件的使用寿命，但是，传统的涂层耐磨性能也较差，硬度的改善程度不大。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，以延长机件的使用寿命和改善使用性能，热喷涂后的涂层性能较好，具有很好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种ZrO2-HfO2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ZrO2-HfO2涂层，包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为12％～32％，HfO2为占61％～79％，TiO2为1％～10％。
所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
由于材料硬度比较高、韧性稍差，所以添加了助剂1％～10％TiO2来提高硬度、韧性50％，在180℃使韧性、硬度都有较大的增强。
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，提高了涂层硬度、弹性模量，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。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种ZrO2-HfO2涂层，包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为12％，HfO2为占79％，TiO2为9％。
所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
实施例二：
一种ZrO2-HfO2涂层，包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为32％，HfO2为占61％，TiO2为7％。
所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
实施例三：
一种ZrO2-HfO2涂层，包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为29％，HfO2为占70％，TiO2为1％。
所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
实施例四：
一种ZrO2-HfO2涂层，包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为18％，HfO2为占72％，TiO2为10％。
所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
为了论证本发明的实际效果，特采用等离子喷涂工艺将实施例一至实施例四在9Cr18模具钢基体上制备了ZrO2-HfO2涂层。
实验中测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能，并利用XRD对喷涂粉末济涂层进行了相结构分析，用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察，并以传统的涂层材料9Cr18作为对照样进行对比，总体实验结果统计如下：
实验结果一：
编号 孔隙率(AREA％) 结合强度(MPa) 显微硬度(HV)
实施例一 0.438％ 71.7 1126
实施例二 0.468％ 74.5 1036
实施例三 0.481％ 71.3 1169
实施例四 0.532％ 69.8 1057
平均值 0.479％ 71.6 1097
对比组 0.814％ 44 496
另外，本发明分别进行了三组磨损性能测试实验，每组实验中均对实施例一至实施例四中的涂层摩擦磨损性能进行测试，并将每组中的实验数据的平均值统计如下：
同时对照样的涂层摩擦磨损性能进行测试，实验数据统计如下：
按照本发明中不同比例的配比可以使ZrO2-HfO2涂层的硬度达到HRC68，涂层厚度可达5毫米。经过多次试验得出ZrO2-HfO2涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在6.89g/cm3。本发明涂层材料适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV等。
本发明的ZrO2-HfO2涂层材料与传统合金材料相比硬度有所加强，韧性、结合强度有极大提高，涂层可加厚度也有很大提高，很适合一些工作面比较苛刻，受到重力冲击的工件，结合面不会受到影响。在相同的条件下，9Cr18的磨损量是ZrO2-HfO2涂层的15倍，这表明制备的ZrO2-HfO2涂层具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度、强度、韧性、耐高温和耐摩擦等传统工艺所不具有的优异性能。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。
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，本发明不受步骤实施例的限制，步骤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 (3)

1.一种ZrO2-HfO2涂层，其特征在于：包括混合材料和微量元素，所述混合材料和微量元素的重量比例为1:0.0125；所述混合材料包括以下组分：ZrO2为12％～32％，HfO2为占61％～79％，TiO2为1％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种ZrO2-HfO2涂层，其特征在于：所述微量元素材料包括C、Cr、Si、B、Fe、Mo。
3.一种ZrO2-HfO2涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先对混合材料采用温式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素材料制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备使纳米粉末喷涂在机件上形成涂层。
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