CN104846309A - 一种高强度Co3O4-SiC涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Co₃O₄占50-66份、SiC占28-44份、TiO₂占1份、微量元素占0.11-0.69份，所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn，其制备方法为：采用气雾化法制得Co₃O₄-SiC的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。本发明的形貌为球状颗粒，分布均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明制成的Co₃O₄-SiC涂层的硬度可达到HRC53，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高。

Description

一种高强度Co3O4-SiC涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料及其制备方法。

背景技术

热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。它是利用某种热源(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一种技术。热喷涂一般采用燃料气或电弧等作为能量来源。

随着对工程机械设备性能要求的不断提高，热喷涂技术的完善和发展，热喷涂技术的应用主要受限于热喷涂材料和工艺设备的发展。传统的喷涂技术使用的材料结合强度差、气孔率高、耐磨性差，越来越难以满足人们对设备耐磨性的要求。因此，人们需要新型的热喷涂材料弥补这些常见的，影响热喷涂技术发展和普及的缺陷，采用新工艺、新方法、新配方制得具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性，微观组织结构均匀，综合力学性能优良的材料成为人们迫切的需求。

发明内容

为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种高强度Co₃O₄-SiC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：

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占50-66份、SiC占28-44份、TiO₂占1份、微量元素占0.11-0.69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Gr、W、Ti、Cu、Zn。所述Gr为石墨烯，是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称，石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。钛的密度小，机械强度大，容易加工，并且有良好的抗腐蚀性能，能有效提高涂层的抗化学腐蚀性，提高涂层的机械强度。

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用气雾化法制得Co₃O₄-SiC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Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。

本发明的有益效果是：本发明的形貌为球状颗粒，分布均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明制成的Co₃O₄-SiC涂层的硬度可达HRC53，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，具有较高的硬度和抗磨损性能，可适用于耐高温的工件表面，并具有一定的铁磁性和绝缘性能，可用在一些特殊的合金材料上。本发明密度可达9.473g/cm³,喷涂厚度可达3毫米，致密度良好为0.66，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。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。

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：

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占50份、SiC占28份、TiO₂占1份、微量元素占0.11份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用气雾化法制得Co₃O₄-SiC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Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。

实施例二：

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占55份、SiC占32份、TiO₂占1份、微量元素占0.35份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料的制备方法，与实施例一相同。

实施例三：

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占60份、SiC占36份、TiO₂占1份、微量元素占0.5份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料的制备方法，与实施例一相同。

实施例四：

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占66份、SiC占44份、TiO₂占1份、微量元素占0.69份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料的制备方法，与实施例一相同。

参照图1，采用超音速喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Co₃O₄-SiC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 Co₃O₄-SiC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	0.474	65.8	1024
2	0.438	66.2	945
				3	0.584	63.8	925
4	0.623	61.4	951
				平均值	0.530	64.3	961
对比组	0.574	59.7	892

采用超音速喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Co₃O₄-SiC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 Co₃O₄-SiC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	74.4625	74.4592	0.0033
2	74.3623	74.3596	0.0027
				3	74.2527	74.2488	0.0039
4	74.6942	74.6901	0.0041
				对比组	74.4742	74.4698	0.0044

由表1和表2可见，Co₃O₄-SiC涂层的综合性能优异，耐磨性好。

本发明适用于超音速喷涂，可用喷涂钢材有：Cr12MoV、Cr12、SKD61、4Cr5MoSiV1、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)

1.一种高强度Co₃O₄-SiC涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Co₃O₄占50-66份、SiC占28-44份、TiO₂占1份、微量元素占0.11-0.69份；

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

2.一种高强度Co₃O₄-SiC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Co₃O₄-SiC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Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。