CN104911527A - 硬质Fe-SiC-TiO2纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬质Fe-SiC-TiO₂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57-71份、SiC占19-32份、TiO₂占12-22份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.10-0.57份，所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co，其制备方法为：采用气雾化法制得Fe-SiC-TiO₂的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Sn、Mo、B、Mn、Co制得纳米粉末。本发明制成的Fe-SiC-TiO₂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7.53g/cm³,喷涂厚度可达6毫米，致密度可达0.78，适合多种钢材。

Description

硬质Fe-SiC-TiO2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，具体说是硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料及其制备方法。

背景技术

众所周知，除少数贵金属外，金属材料会与周围介质发生化学反应和电化学反应而遭受腐蚀。此外，金属表面受各种机械作用而引起的磨损也极为严重。大量的金属构件因腐蚀和磨损而失效，造成极大的浪费和损失。据一些工业发达国家统计，每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10％，损失金额约占国民经济总产值的2％-4％。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。

热喷涂是硬质表面强化技术，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。

热喷涂技术以其巨大的灵活优势在最近的几十年间迅速发展，然而热喷涂材料却跟不上设备以及其市场的发展需求，常常出现涂层脱落，磨损迅速，耐腐蚀性差等问题。

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Fe-SiC-TiO₂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：

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占57-71份、SiC占19-32份、TiO₂占12-22份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.10-0.57份。

SiC的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)，具有优良的导热性能，是硬质半导体，高温时能抗氧化。

Al₂O₃增加了材料的硬度和结合强度。

TiO₂增加了涂层的硬度，提高了材料的结合强度。

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、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，可使纳米涂层变硬。

B在600～1000℃可与Sn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，提高纳米涂层耐腐性。

硬质Fe-SiC-TiO₂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-SiC-TiO₂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Sn、Mo、B、Mn、Co制得纳米粉末。

本发明的有益效果是：本发明制成的Fe-SiC-TiO₂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7.53g/cm³,喷涂厚度可达6毫米，致密度可达0.78。本发明适合多种钢材，如2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等。本发明结合强度高，可堆积厚度大，具有一定的硬度和耐磨性，成本较低，应用范围较广，可广泛应用与工业生产，与传统合金材料相比有着很大的进步。在相同的条件下，Fe-SiC-TiO2的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Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占57份、SiC占19份、TiO₂占12份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.10份。

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co。

硬质Fe-SiC-TiO₂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-SiC-TiO₂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Sn、Mo、B、Mn、Co制得纳米粉末。

实施例二

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占60份、SiC占24份、TiO₂占17份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.38份。

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co。

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例三

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占65份、SiC占27份、TiO₂占19份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.46份。

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co。

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例四

硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占71份、SiC占32份、TiO₂占22份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.57份。

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co。

硬质Fe-SiC-TiO₂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-SiC-TiO₂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-SiC-TiO₂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	0.532	84.1	523
2	0.453	86.2	522
				3	0.522	82.3	576

4	0.464	77.8	442
				平均值	0.493	82.6	516
对比组	0.854	37.9	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-SiC-TiO₂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-SiC-TiO₂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	33.4984	33.4903	0.0081
2	33.5642	33.5570	0.0072
				3	33.4754	33.4685	0.0069
4	33.7438	33.7373	0.0065
				对比组	33.7954	33.7789	0.0165

由表1和表2可见，Fe-SiC-TiO₂纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。

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Fe-SiC-TiO₂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57-71份、SiC占19-32份、TiO₂占12-22份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.10-0.57份；

所述微量元素为Sn、Mo、B、Mn、Co。

2.硬质Fe-SiC-TiO₂纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)先采用气雾化法制得Fe-SiC-TiO₂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Sn、Mo、B、Mn、Co制得纳米粉末。