CN104478399B - 一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法，属钢基保护涂料制作方法技术领域。其特点是：钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层由碳化硅陶瓷耐磨粉末、二氧化硅、水玻璃、铬铁粉等组成；通过铬铁粉改善组织缺陷，增加涂层组织的致密性，大大提高了涂层与钢基体的冶金结合强度；通过本发明的制备方法，采用二次固化工艺可缩短固化时间、提高涂层质量，有助于钢基体与涂层之间陶瓷相的生成；同时，使涂层具有比钢基体高数倍的耐磨性，提高了涂层诸如表面硬度、防腐性等综合性能。制备方法简单，施工方便，生产效率高，经济实用。解决了现有技术制备陶瓷涂料层组织致密性差，一次固化难以保证陶瓷涂料层综合性能的问题。

Description

一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法，属钢基保护涂料制作方法技术领域。

背景技术

金属基陶瓷复合材料由于同时具有金属材料高强度、高韧性、优良导热性及陶瓷材料硬度高、耐磨损、耐腐蚀、耐高温的优点，因此目前已在众多领域得到应用。国内外制备金属基陶瓷复合材料的方法通常包括：喷涂法(Spraycoating法)、化学气相沉积法(CVD法)、物理气相沉积法(PVD法)、复合镀(Compositecoating法)、溶胶凝胶法(Sol－Gel法)、高温自蔓延法(SHS法)、高温熔烧法(High－temperaturefusion法)等。

其中，喷涂法热化学反应又称粘结法，具有工艺简单、施工方便、成本低廉的优点。一些研究者采用此法，以表面经改性处理的普通碳素钢为基体，以Al₂O₃、MgO、ZrSiO₄粉末及某种粘结剂为实验原料，经过一次高温固化，制备出陶瓷涂层与普通碳素钢基体结合强度高、并具有优异耐腐蚀性和抗热震性的陶瓷涂料；还有一些学者采用此法以1Cr18Ni9Ti不锈钢为基体，以钠水玻璃、二氧化硅、氧化铝、铝粉为原料，经过一次固化，使胶粘涂层获得了很高的剪切强度、耐水性和热稳定性。不过采用上述方法制备的陶瓷涂料层往往存在着组织致密性差，表面硬度、耐磨性、耐水性、防腐性、基体与涂层结合性难以保证等问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种制备方法简单，基体与涂层结合性强，表面硬度高，耐磨性、致密性好；解决现有技术制备陶瓷涂料层组织致密性差，一次固化难以保证陶瓷涂料层综合性能问题的钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的

一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层，其特征在于：它由下述重量百分比的原料组成：

高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末10%～15%，

二氧化硅15%～25.5%，

水玻璃33.3%～45.3%，

铝粉15%～30%，

铬铁粉10%～25%；

该钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层的制备方法如下：

（1）、对钢基体表面进行预处理，用砂轮或者砂纸打磨钢基体表面除去锈迹，然后进行喷砂粗化处理，再用酒精或丙酮清洗钢基体表面油污；

（2）、选取各原料并进行处理：

a、选择粒径为70～150#的高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末作填料；

b、选用与钢基热膨胀系数相近的、粒径为70～120#的二氧化硅作固化剂，并对其进行高温改性处理，改性处理温度为800℃～940℃，保温0.5h～1h，然后随炉冷却；

c、选择模数为3.2的水玻璃作粘结料；

d、用10%～25%铬铁粉作辅料，并加入15%～30%的铝粉，以改善涂层组织的均匀性和致密性，提高基体与涂层的粘结力；

（3）、将高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末、二氧化硅、铬铁粉、铝粉按上述重量百分比混合研磨，再加入水玻璃搅拌20min～1h；

（4）、将上述混合材料朝一个方向均匀涂敷在钢基体表面，涂敷厚度为0.5～2mm，室温凉置2～12h，然后放在烤箱中进行第一次低温固化，低温固化的温度为90～120℃，室温凉置与升温固化时间与涂敷厚度相关；

（5）、低温固化完成后，再一次进行高温固化处理，高温固化温度为500℃～800℃，时间为2h，最终制得钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法通过加入辅料铬铁粉，及不同温度下的两次固化，能够很好地提高涂层与钢基体之间的冶金结合强度,可制备出表面硬度高、耐磨性好、组织均匀、结构致密、钢基体与涂层结合性好、成本低廉的含铬耐磨陶瓷复合涂料层；两次固化工艺可缩短固化时间、提高涂层质量，有助于钢基体与涂层之间陶瓷相的生成，同时，使涂层具有比基体高数倍的耐磨性。该钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法工艺简单，施工方便，生产效率高，经济实用。很好地解决了现有技术制备陶瓷涂料层组织致密性差，一次固化难以保证陶瓷涂料层综合性能的问题。

具体实施方式

下面通过一个具体实施例对本发明作进一步地详细描述：

按下述重量百分比称取各原料：

高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末11.6%，二氧化硅20.9%，水玻璃38.8%，铝粉17.5%，铬铁粉11.2%。

再将上述称取的各原料按照如下步骤进行制备：

（1）、对钢基体表面进行预处理，用砂轮或者砂纸打磨钢基体表面除去锈迹，然后进行喷砂粗化处理，再用酒精或丙酮清洗钢基体表面油污；将钢基体表面的粗糙度调提高，这将有益于提高基体与涂层之间强度。

（2）、选取各原料并进行处理：

a、选择粒径为70～150#的高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末作填料；

b、选用与钢基热膨胀系数相近的、粒径为70～120#的二氧化硅作固化剂，并对二氧化硅固化剂进行高温改性处理，改性处理温度为800℃，保温0.5h～1h，然后随炉冷却；以提高其固化效果，使固化剂表面活性降低，提高固化效率的同时减小涂层产生鼓胀膨松的几率，能在一定程度地提高涂层的耐磨性。

c、选择模数为3.2、粘结力强的水玻璃作粘结料，以提高水玻璃的粘结力和综合性能；水玻璃模数的选择至关重要，作为优选，选择模数为3.2，综合性能高。

d、用11.2%铬铁粉作辅料，并加入17.5%的铝粉，以改善涂层组织的均匀性和致密性，提高基体与涂层的粘结力；加入铝粉可提高涂层的韧性，减少固化过程中形成的组织缺陷，提高涂层的密实度，可以有效阻止受力过程中裂纹的形成和扩展，提高涂层的力学性能。在高温下，铬铁粉与钢基体发生固相反应，使结合面产生化学键，铬铁粉的加入能大大提高基体与涂层的粘结强度。

（3）、将高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末、二氧化硅、铬铁粉、铝粉按上述重量百分比混合研磨，再加入水玻璃搅拌20min～1h；

（4）慢慢地将上述混合材料朝一个方向均匀涂敷在钢基体表面1.2mm厚度，室温凉置5h，然后放在烤箱中进行第一次低温固化，低温固化的温度为90℃，室温凉置与升温固化时间与涂敷厚度相关，本发明低温固化时间为5h；

（5）低温固化完成后，再一次进行高温固化处理，高温固化温度为600℃，时间为2h,最终制得含铬耐磨陶瓷涂料层。

固化是获得高性能耐磨涂层的最后一步，对粘结强度的影响也很大。固化工艺的两个重要参数是温度和时间。在涂层固化过程中，固化温度和固化时间具有一定联系。本发明采用将粘结好的试件在室温放置一段时间，先经过90℃低温第一次固化，再经过600℃高温第二次固化，使结合面发生固相反应，产生更加牢固的化学键，从而提高粘结强度。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (1)

1.一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层，其特征在于：它由下述重量百分比的原料组成：

高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末10%～15%，

二氧化硅15%～25.5%，

水玻璃33.3%～45.3%，

铝粉15%～30%，

铬铁粉10%～25%；

该钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层的制备方法如下：

（1）、对钢基体表面进行预处理，用砂轮或者砂纸打磨钢基体表面除去锈迹，然后进行喷砂粗化处理，再用酒精或丙酮清洗钢基体表面油污；

（2）、选取各原料并进行处理：

a、选择粒径为70～150#的高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末作填料；

b、选用与钢基热膨胀系数相近的、粒径为70～120#的二氧化硅作固化剂，并对其进行高温改性处理，改性处理温度为800℃～940℃，保温0.5h～1h，然后随炉冷却；

c、选择模数为3.2的水玻璃作粘结料；

d、用10%～25%铬铁粉作辅料，并加入15%～30%的铝粉，以改善涂层组织的均匀性和致密性，提高基体与涂层的粘结力；

（3）、将高硬度碳化硅陶瓷耐磨粉末、二氧化硅、铬铁粉、铝粉按上述重量百分比混合研磨，再加入水玻璃搅拌20min～1h；

（4）、将上述混合材料朝一个方向均匀涂敷在钢基体表面，涂敷厚度为0.5～2mm，室温凉置2～12h，然后放在烤箱中进行第一次低温固化，低温固化的温度为90～120℃，室温凉置与升温固化时间与涂敷厚度相关；

（5）、低温固化完成后，再一次进行高温固化处理，高温固化温度为500℃～800℃，时间为2h，最终制得钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层。