CN104827045A - 一种Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Fe占54-63份、ZrO2占26-33份、TiO2占1份、微量元素占0.13-0.63份，所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co，其制备方法为：采用气雾化法制得Fe-ZrO2的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Al、Co制得纳米粉末。本发明制成的Fe-ZrO2纳米涂层的硬度可达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到:防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的。
等离子喷涂是热喷涂中的一种，它具有以下特点:①超高温特性，便于进行高熔点材料的喷涂。②喷射粒子的速度高，涂层致密，粘结强度高。③由于使用惰性气体作为工作气体，所以喷涂材料不易氧化。
等粒子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法，其配套设备经数次改进已能满足人们在绝大多数生产条件下的喷涂修复和使用要求，然而等离子喷涂所用材料普遍存在硬度低，耐磨性不高，耐腐性不好，耐久性不能达到使用预期等问题，难以满足现代工业生产的多样化使用要求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法。
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-ZrO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占54-63份、ZrO2占26-33份、TiO2占1份、微量元素占0.13-0.63份，所述TiO2作为添加剂加入，能提高材料的硬度和结合强度。
ZrO2是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，化学性质不活泼，且高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，是重要的耐高温材料，可提高涂层耐高温性。
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
Mo的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量Mo混合Fe加到纳米涂层之中，可提高纳米涂层硬度。
B在1000℃～1400℃与碳作用，高温下硼还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这些化合物是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质，常具有特殊的性质，能提高纳米涂层的综合性能。
Co是具有光泽的钢灰色金属，比较硬而脆，在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。Co的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢综合力学性能优异，是常用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-ZrO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Al、Co制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明制成的Fe-ZrO2纳米涂层的硬度可达HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，密度可达6.74g/cm3,喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.63，本发明综合性能优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，Fe-ZrO2纳米涂层的结合强度是普通涂层的1.8倍左右。
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-ZrO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占54份、ZrO2占26份、TiO2占1份、微量元素占0.13份。
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-ZrO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Al、Co制得纳米粉末。
实施例二：
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占60份、ZrO2占28份、TiO2占1份、微量元素占0.25份。
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例三：
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占57份、ZrO2占30份、TiO2占1份、微量元素占0.47份。
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例四：
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占63份、ZrO2占33份、TiO2占1份、微量元素占0.63份。
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
采用等离子喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Fe-ZrO2纳米涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1Fe-ZrO2纳米涂层与20Co钢基体的性能对比实验结果：
| 实验组编号 | 孔隙率(AREA％) | 结合强度(MPa) | 显微硬度(HV) |
| 1 | 0.457 | 79.5 | 568 |
| 2 | 0.573 | 84.3 | 562 |
| 3 | 0.563 | 83.2 | 546 |
| 4 | 0.743 | 85.1 | 463 |
| 平均值 | 0.584 | 83.0 | 535 |
| 对比组 | 0.983 | 45.9 | 332 |
采用等离子喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Fe-ZrO2涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：
表2Fe-ZrO2纳米涂层与20Co钢基体的磨损量对比实验结果：
| 实验组编号 | 磨损前(g) | 磨损后(g) | 磨损量(g) |
| 1 | 62.6588 | 62.6523 | 0.0066 |
| 2 | 62.3685 | 62.3615 | 0.0070 |
| 3 | 62.9783 | 62.9611 | 0.0072 |
| 4 | 62.6794 | 62.6729 | 0.0065 |
| 对比组 | 62.6276 | 62.6106 | 0.0170 |
由表1和表2可见，Fe-ZrO2纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。
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-ZrO2纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Fe占54-63份、ZrO2占26-33份、TiO2占1份、微量元素占0.13-0.63份；
所述微量元素为C、Mo、B、Al、Co。
2.一种Fe-ZrO2纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-ZrO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Al、Co制得纳米粉末。
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