CN104789905A - 一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3-6.8%，C：0.37-0.55%，Si：0.8-1.4%，Mn：1.5-2.3%，Zn：0.62-0.88%，Sb：0.24-0.37%，Ti：0.35-0.47%，Ni：0.5-1.0%，Cd：0.12-0.19%，Mo：0.11-0.17%，且满足Mn和Ni之和为1.2-3.6%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3-7%，镧系稀土：0.25-0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20-24%，钐：10-13%，钆：3-6%，镨：12-15%，钕：7-11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。本发明铁基复合喷涂粉末具有较好的抗高温氧化性，能避免喷涂过程中被过度氧化，从而提高了喷涂后涂层内部结合的致密性，同时喷涂后涂层中孔隙大小适中、形状圆滑，有效减少了裂纹的产生，因此能够很好地起到缸体的储油功能。

Description

一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热喷涂涂层材料及其制备方法，具体的说是一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层及其制备方法，属于热喷涂技术领域。
背景技术
通过热喷涂施加的涂层已知早被用于许多应用。例如，在车用发动机中，油润滑的汽缸跑合面的表面已经特别是通过等离子喷涂进行涂覆有相当长的一段时间，所述涂层尤其是能显著降低活塞环与汽缸壁之间的摩擦系数，从而显著减少活塞环和汽缸的磨损，使得发动机使用寿命增长，保养周期(例如换油)延长，还使发动机性能显著提高。
与其它涂层相比，铁基热喷涂涂层具有更加优异的力学性能、磁学性能和耐腐蚀性能。同时，铁基系列涂层具有丰富的自然资源、低廉的材料成本，从而引起人们的研究热潮。但是，同其他涂层一样，在传统的宏观力学性能测试中，铁基涂层往往发生非均匀变形，塑性变形集中在少数的剪切带，表现为宏观脆性。铁基涂层的这一特点很大程度上限制了其在工程领域中的应用。因此，如何在保持铁基非晶高强度的前提下，提高铁基非晶的塑性变形能力，增加韧性，是推广铁基涂层应用过程中亟需解决的现实问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层及其制备方法，能够对脆性的铁基涂层进行增韧改良，同时保留其固有的高强度，高耐磨性特点，为大范围的工程应用提供可能。
本发明解决以上技术问题的技术方案：提供一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3-6.8%，C：0.37-0.55%，Si：0.8-1.4%，Mn：1.5-2.3%，Zn：0.62-0.88%，Sb：0.24-0.37%，Ti：0.35-0.47%，Ni：0.5-1.0%，Cd：0.12-0.19%，Mo：0.11-0.17%，且满足Mn和Ni之和为1.2-3.6%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3-7%，镧系稀土：0.25-0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20-24%，钐：10-13%，钆：3-6%，镨：12-15%，钕：7-11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
本发明的进一步限定技术方案，前述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3%，C：0.37%，Si：0.8%，Mn：1.5%，Zn：0.62%，Sb：0.24%，Ti：0.35%，Ni：0.5%，Cd：0.12%，Mo：0.11%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3%，镧系稀土：0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20%，钐：10%，钆：3%，镨：12%，钕：7%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
前述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.8%，C：0.45%，Si：1.2%，Mn：1.9%，Zn：0.78%，Sb：0.31%，Ti：0.41%，Ni：0.7%，Cd：0.16%，Mo：0.15%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为4%，镧系稀土：0.31%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：22%，钐：12%，钆：4%，镨：13%，钕：10%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
前述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：6.8%，C：0.55%，Si：1.4%，Mn：2.3%，Zn：0.88%，Sb：0.37%，Ti：0.47%，Ni：1.0%，Cd：0.19%，Mo：0.17%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为7%，镧系稀土：0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：24%，钐：13%，钆：6%，镨：15%，钕：11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将待喷涂基体表面采用喷砂工艺进行粗糙化处理、清洗处理；
（2）采用气雾化方法制备喷涂粉末，按照重量百分比配方配制铁基合金，然后熔融该合金，采用气雾化方法制备铁基合金粉末；
（3）在等离子喷涂设备中，将铁基合金粉末装入送粉器，将待喷涂工件安装到旋转工装上，进行喷涂，得到铁基复合涂层，其微观结构以奥氏体为基体，其中分散Cr7C3 强化相。
进一步的，前述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，喷涂参数设置为：工作电流≤600A；电弧电压≤80V；氩气压力0.71-0.83MPa；氩气流量30-49L/min；氢气压力0.42-0.47MPa；氢气流量1.0-1.6L/min；送粉速率90-150g/min；喷涂距离110-160mm；喷涂角度为45°-75°。
本发明的有益效果：本发明铁基复合喷涂粉末具有较好的抗高温氧化性，能避免喷涂过程中被过度氧化，从而提高了喷涂后涂层内部结合的致密性，同时喷涂后涂层中孔隙大小适中、形状圆滑，有效减少了裂纹的产生，因此能够很好地起到缸体的储油功能。该铁基复合喷涂粉末中含有较高含量的Ni，一方面起到了稳定涂层奥氏体相、提高涂层韧性的作用；另一方面提高了涂层的耐腐蚀性能。采用等离子喷涂涂层具有良好的耐磨防腐性能，适用于在磨损、腐蚀环境条件下工作的基体表面。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3%，C：0.37%，Si：0.8%，Mn：1.5%，Zn：0.62%，Sb：0.24%，Ti：0.35%，Ni：0.5%，Cd：0.12%，Mo：0.11%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3%，镧系稀土：0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20%，钐：10%，钆：3%，镨：12%，钕：7%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
本实施例的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，包含以下步骤：
（1）将待喷涂基体表面采用喷砂工艺进行粗糙化处理、清洗处理；
（2）采用气雾化方法制备喷涂粉末，按照重量百分比配方配制铁基合金，然后熔融该合金，采用气雾化方法制备铁基合金粉末；
（3）在等离子喷涂设备中，将铁基合金粉末装入送粉器，将待喷涂工件安装到旋转工装上，进行喷涂，得到铁基复合涂层，其微观结构以奥氏体为基体，其中分散Cr7C3 强化相；本实施例的喷涂参数设置为：工作电流600A；电弧电压80V；氩气压力0.71MPa；氩气流量30L/min；氢气压力0.42MPa；氢气流量1.0L/min；送粉速率90g/min；喷涂距离110mm；喷涂角度为45°。
实施例2
本实施例提供一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.8%，C：0.45%，Si：1.2%，Mn：1.9%，Zn：0.78%，Sb：0.31%，Ti：0.41%，Ni：0.7%，Cd：0.16%，Mo：0.15%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为4%，镧系稀土：0.31%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：22%，钐：12%，钆：4%，镨：13%，钕：10%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
本实施例的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将待喷涂基体表面采用喷砂工艺进行粗糙化处理、清洗处理；
（2）采用气雾化方法制备喷涂粉末，按照重量百分比配方配制铁基合金，然后熔融该合金，采用气雾化方法制备铁基合金粉末；
（3）在等离子喷涂设备中，将铁基合金粉末装入送粉器，将待喷涂工件安装到旋转工装上，进行喷涂，得到铁基复合涂层，其微观结构以奥氏体为基体，其中分散Cr7C3 强化相；本实施例的喷涂参数设置为：工作电流580A；电弧电压75V；氩气压力0.73MPa；氩气流量39L/min；氢气压力0.45MPa；氢气流量1.4L/min；送粉速率110g/min；喷涂距离130mm；喷涂角度为65°。
实施例3
本实施例提供一种用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：6.8%，C：0.55%，Si：1.4%，Mn：2.3%，Zn：0.88%，Sb：0.37%，Ti：0.47%，Ni：1.0%，Cd：0.19%，Mo：0.17%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为7%，镧系稀土：0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：24%，钐：13%，钆：6%，镨：15%，钕：11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
本实施例的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将待喷涂基体表面采用喷砂工艺进行粗糙化处理、清洗处理；
（2）采用气雾化方法制备喷涂粉末，按照重量百分比配方配制铁基合金，然后熔融该合金，采用气雾化方法制备铁基合金粉末；
（3）在等离子喷涂设备中，将铁基合金粉末装入送粉器，将待喷涂工件安装到旋转工装上，进行喷涂，得到铁基复合涂层，其微观结构以奥氏体为基体，其中分散Cr7C3 强化相；本实施例的喷涂参数设置为：工作电流560A；电弧电压80V；氩气压力0.83MPa；氩气流量49L/min；氢气压力0.47MPa；氢气流量1.6L/min；送粉速率150g/min；喷涂距离160mm；喷涂角度为75°。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，其特征在于：该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3-6.8%，C：0.37-0.55%，Si：0.8-1.4%，Mn：1.5-2.3%，Zn：0.62-0.88%，Sb：0.24-0.37%，Ti：0.35-0.47%，Ni：0.5-1.0%，Cd：0.12-0.19%，Mo：0.11-0.17%，且满足Mn和Ni之和为1.2-3.6%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3-7%，镧系稀土：0.25-0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20-24%，钐：10-13%，钆：3-6%，镨：12-15%，钕：7-11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
2.如权利要求1所述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，其特征在于：该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.3%，C：0.37%，Si：0.8%，Mn：1.5%，Zn：0.62%，Sb：0.24%，Ti：0.35%，Ni：0.5%，Cd：0.12%，Mo：0.11%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为3%，镧系稀土：0.25%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：20%，钐：10%，钆：3%，镨：12%，钕：7%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
3.如权利要求1所述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，其特征在于：该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：5.8%，C：0.45%，Si：1.2%，Mn：1.9%，Zn：0.78%，Sb：0.31%，Ti：0.41%，Ni：0.7%，Cd：0.16%，Mo：0.15%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为4%，镧系稀土：0.31%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：22%，钐：12%，钆：4%，镨：13%，钕：10%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
4.如权利要求1所述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层，其特征在于：该涂层由金属材料制成的粉末经热喷涂而成，其金属材料的化学成分按重量百分比为：Cr：6.8%，C：0.55%，Si：1.4%，Mn：2.3%，Zn：0.88%，Sb：0.37%，Ti：0.47%，Ni：1.0%，Cd：0.19%，Mo：0.17%，Mo、Nb至少含有一种，其总含量为7%，镧系稀土：0.41%，其余为Fe和不可避免的杂质；其涂层显微组织为奥氏体中分散着Cr7C3 强化相；
所述镧系稀土的组分质量百分比为：铈：24%，钐：13%，钆：6%，镨：15%，钕：11%，余量为镧，以上各组分之和为100%。
5.如权利要求1所述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
（1）将待喷涂基体表面采用喷砂工艺进行粗糙化处理、清洗处理；
（2）采用气雾化方法制备喷涂粉末，按照重量百分比配方配制铁基合金，然后熔融该合金，采用气雾化方法制备铁基合金粉末；
（3）在等离子喷涂设备中，将铁基合金粉末装入送粉器，将待喷涂工件安装到旋转工装上，进行喷涂，得到铁基复合涂层，其微观结构以奥氏体为基体，其中分散Cr7C3 强化相。
6.如权利要求5所述的用于热喷涂的高韧性铁基合金涂层的制备方法，其特征在于：喷涂参数设置为：工作电流≤600A；电弧电压≤80V；氩气压力0.71-0.83MPa；氩气流量30-49L/min；氢气压力0.42-0.47MPa；氢气流量1.0-1.6L/min；送粉速率90-150g/min；喷涂距离110-160mm；喷涂角度为45°-75°。
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