CN104831147A - 硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Cu占10份、Co3O4占49-68份、Al2O3占26-30份、TiO2占1份、微量元素占0.22-0.68份，所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co，其制备方法为：采用气雾化法制得Cu-Co3O4-Al2O3的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Si、Mo、B、Zn、Co制得纳米粉末。本发明的涂层硬度达到HRC43，密度可达6.63g/cm3,喷涂厚度可达6毫米，致密度良好为0.68，适用于等离子喷涂，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料及其制备方法。
背景技术
在热喷涂过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以硬质熔化或半熔化状态，沉积到硬质经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。其所利用的热源，如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的硬质技术。
等离子喷涂是热喷涂中的硬质，等离子喷涂等离子喷涂是硬质材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。
随着人们发展触角向各个领域延伸，人们越来越多地在各种特殊环境下工作和施工，这就对工具的综合性能提出了更高的要求。而传统喷涂材料耐磨性和耐腐性差，结合强度低，容易磨损。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供硬质Cu-Co3O4-Al2O3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：
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占49-68份、Al2O3占26-30份、TiO2占1份、微量元素占0.22-0.68份，所述TiO2作为添加剂加入，能提高材料的结合强度。
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
Mo的纯金属是银白色，非常坚硬，把少量Mo加到Fe之中，可提高涂层硬度。
高温下B还与许多金属和金属氧化物反应，形成金属硼化物。这些化合物通常是高硬度、耐熔、高电导率和化学惰性的物质，常具有特殊的性质。
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。
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Cu-Co3O4-Al2O3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Si、Mo、B、Zn、Co制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明的涂层硬度达到HRC43，密度可达6.63g/cm3,喷涂厚度可达6毫米，致密度良好为0.68，适用于等离子喷涂，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高。本发明与传统合金材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，本发明制成的涂层结合强度是普通涂层的2.3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
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占49份、Al2O3占26份、TiO2占1份、微量元素占0.22份。
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Cu-Co3O4-Al2O3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Si、Mo、B、Zn、Co制得纳米粉末。
实施例二
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占55份、Al2O3占27份、TiO2占1份、微量元素占0.36份。
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料的制备方法，同实施例一。
实施例三
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占59份、Al2O3占21份、TiO2占1份、微量元素占0.53份。
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料的制备方法，同实施例一。
实施例四
硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占68份、Al2O3占30份、TiO2占1份、微量元素占0.68份。
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
硬质Cu-Co3O4-Al2O3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Cu-Co3O4-Al2O3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1 Cu-Co3O4-Al2O3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 | 0.341 | 81.3 | 845 |
| 2 | 0.352 | 75.2 | 754 |
| 3 | 0.446 | 77.3 | 853 |
| 4 | 0.364 | 87.8 | 831 |
| 平均值 | 0.375 | 80.4 | 820 |
| 对比组 | 0.885 | 36.8 | 472 |
采用等离子喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Cu-Co3O4-Al2O3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2 Cu-Co3O4-Al2O3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 | 48.4658 | 48.4582 | 0.0076 |
| 2 | 48.6843 | 48.6762 | 0.0081 |
| 3 | 48.6987 | 48.6916 | 0.0071 |
| 4 | 48.9674 | 48.9606 | 0.0068 |
| 对比组 | 48.7954 | 48.7794 | 0.0161 |
由表1和表2可见，Cu-Co3O4-Al2O3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。
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.硬质Cu-Co3O4-Al2O3材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Cu占10份、Co3O4占49-68份、Al2O3占26-30份、TiO2占1份、微量元素占0.22-0.68份；
所述微量元素为Si、Mo、B、Zn、Co。
2.硬质Cu-Co3O4-Al2O3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Cu-Co3O4-Al2O3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Si、Mo、B、Zn、Co制得纳米粉末。
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