CN104451514A - 一种SiC-Al2O3纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SiC-Al2O3纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为SiC占77％-86％、Al2O3占11％-18％、TiO2占1％-5％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo；其制备方法包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得SiC、Al2O3和TiO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺制备SiC-Al2O3涂层。本发明改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使碳化钨涂层硬度提高了50％，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SiC-Al2O3纳米涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种SiC-Al2O3纳米涂层及其制备方法。
背景技术
随着尖端科学和现代工业的发展，各工业部门越来越多地要求机械设备能在高参数(高温、高压、高速度和高度自动化)和恶劣的工况条件(如严重的磨损和腐蚀)下长期稳定的运行。因此，对材料的性能也提出更高要求。采用高性能的高级材料制造整体设备及零件以获得表面防护和强化的效果，显然是不经济的，有时甚至是不可能的。所以,研究和发展材料的表面处理技术就具有重大的技术和经济意义。而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。
热喷涂技术是表面防护和强化的技术之一，是表面工程中一门重要的学科，所谓热喷涂，就是利用某种热源,如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成具有各种功能的表面覆盖涂层的一种技术。
但随着热喷涂应用领域的扩展，人们需要适应特殊条件的涂层，且由于涂层与基体主要是靠机械结合(喷焊工艺除外)，所以其与基体表面的结合强度较低，不利于基体的使用安全。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种SiC-Al2O3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SiC-Al2O3纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为SiC占72％-88％、Al2O3占11％-23％、TiO2占1％-5％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo；Mo元素能显著提高合金在非氧化性酸和有机酸以及海水中的耐蚀能力，提高涂层的高温强度和红硬性。
一种SiC-Al2O3纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得SiC、Al2O3和TiO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末。
所述纳米粉末采用等离子喷涂工艺可在12CrNi3A模具钢基体上制备SiC-Al2O3涂层，纳米粉末结合强度好。
本发明的有益效果是：本发明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8.9％-15.4％，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SiC-Al2O3纳米涂层耐磨性好、摩擦系数小，适合多种钢材比如：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢，以提高工件表面硬度和耐磨性。
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SiC-Al2O3纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为SiC占SiC占77％、Al2O3占18％、TiO2占3.8％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种SiC-Al2O3纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得SiC、Al2O3和TiO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A模具钢基体上制备SiC-Al2O3涂层。
所述SiC-Al2O3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SiC-Al2O3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SiC-Al2O3纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为SiC占80％、Al2O3占14％、TiO2占4.8％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种SiC-Al2O3纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述SiC-Al2O3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SiC-Al2O3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SiC-Al2O3纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为SiC占82％、Al2O3占14％、TiO2占2.8％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种SiC-Al2O3纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述SiC-Al2O3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SiC-Al2O3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。
表1SiC-Al2O3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，SiC-Al2O3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SiC-Al2O3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 68.4928 68.4924 0.4
对照组 71.9714 71.9561 15.3
表3实施例二的SiC-Al2O3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 77.8736 77.8727 0.9
对照组 69.8641 69.8495 14.6
表4实施例三的SiC-Al2O3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 65.2108 65.2102 0.6
对照组 74.3872 74.3709 16.3
由表2、表3和表4可见，SiC-Al2O3纳米涂层能显著降低工件的表面摩擦磨损量，保证工件的持久耐磨性，大幅度延长工件的使用寿命。
实验证明，SiC-Al2O3涂层的硬度可达到HRC74，涂层厚度可达1毫米，经过多次试验得出SiC-Al2O3涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度可达3.3g/cm3。
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SiC-Al2O3纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为SiC占77％-86％、Al2O3占11％-18％、TiO2占1％-5％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
2.一种SiC-Al2O3纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用化学气象沉积法制得SiC、Al2O3和TiO2的纳米球，再采用活性剂保护法混合Ni、Cr、Si、B、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在模具钢基体上制备SiC-Al2O3涂层。
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