CN104878338A - 一种高硬度Fe-HfO2纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高硬度Fe-HfO₂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17-31份、HfO₂占67-88份、TiO₂占1份、微量元素占0.35-0.73份，所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co，其制备方法为：采用气雾化法制得Fe-HfO₂的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Mo、Cr、Cu、Co制得纳米粉末。本发明制成的Fe-HfO₂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，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。

Description

一种高硬度Fe-HfO2纳米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，具体说是一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料及其制备方法。

背景技术

热喷涂是一种高硬度表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。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，然后借助焰留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高硬度技术。

等离子喷涂是热喷涂中的一种高硬度，等离子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧项比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。

等离子喷涂是近年来发展最为迅速的热喷涂方式之一，然而等离子喷涂所采用的传统喷涂材料耐腐性不足，硬度和耐磨性都在许多如高温、高湿、高盐和冲击频繁的特殊工作环境中表现出不足，越来越难以满足人们在特殊领域的使用要求。

发明内容

为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种高硬度Fe-HfO₂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：

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占17-31份、HfO₂占67-88份、TiO₂占1份、微量元素占0.35-0.73份。

TiO₂作为添加剂加入，能提高材料的硬度和结合强度。

HfO₂是一种高硬度具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，耐火性强，可提高涂层耐高温性。

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

Mo的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量Mo加到Fe之中，可显著提高纳米涂层的硬度。

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。

Cr涂在工件表面，可以提高工件的耐腐性。

一种高硬度Fe-HfO₂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-HfO₂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Mo、Cr、Cu、Co制得纳米粉末。

本发明的有益效果是：本发明制成的Fe-HfO₂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6.83g/cm³,喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.59，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-HfO₂纳米涂层的结合强度是普通涂层的1.7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：

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占17份、HfO₂占67份、TiO₂占1份、微量元素占0.35份。

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

一种高硬度Fe-HfO₂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-HfO₂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Mo、Cr、Cu、Co制得纳米粉末。

实施例二：

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占23份、HfO₂占73份、TiO₂占1份、微量元素占0.45份。

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例三：

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占27份、HfO₂占75份、TiO₂占1份、微量元素占0.62份。

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例四：

一种高硬度Fe-HfO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占31份、HfO₂占88份、TiO₂占1份、微量元素占0.73份。

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

一种高硬度Fe-HfO₂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-HfO₂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 Fe-HfO₂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	0.536	85.3	745
2	0.645	85.2	674
				3	0.526	79.3	643
4	0.563	77.8	732
				平均值	0.568	78.2	699
对比组	0.943	46.8	373

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-HfO₂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 Fe-HfO₂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	59.4733	59.4667	66

2	59.6543	59.6467	76
				3	59.6786	59.6712	74
4	59.3638	59.3576	62
				对比组	59.7954	59.7789	165

由表1和表2可见，Fe-HfO₂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)

1.一种高硬度Fe-HfO₂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17-31份、HfO₂占67-88份、TiO₂占1份、微量元素占0.35-0.73份；

所述微量元素为Mo、Cr、Cu、Co。

2.一种高硬度Fe-HfO₂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-HfO₂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Mo、Cr、Cu、Co制得纳米粉末。