CN104962853A - 一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，由下列重量份的原料制成：石墨粉2.1-2.4、铬粉25-27、镍粉4.3-4.6、硅粉4.1-4.4、硼粉0.3-0.4、铁粉40-42、TiAl 粉末10-12、B₄C 粉末20-21、纳米二氧化钛0.7-0.9、碳化硅3-4。本发明冶金涂层使用了铁基高铬材料，具有优异的耐海水腐蚀性能；通过使用TiAl、B₄C，通过合金化处理，使得陶瓷相和金属相紧密结合，提高了与铁基材料的结合性、耐海水腐蚀性、耐冲击性和耐磨性；通过使用纳米二氧化钛、碳化硅，提高了涂层的致密性和耐磨性，减缓海水腐蚀内部铸铁；本发明涂层致密均匀无孔隙、与基体呈冶金结合。

Description

一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及冶金涂层领域，尤其涉及一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层及其制备方法。

背景技术

解决材料耐海水腐蚀的途径有多种, 表面涂层防护是一种常用的方法。在该领域, 除了应用广泛的有机涂层外, 热喷涂锌铝合金层也是常用的海洋钢构长效防腐蚀方法。但是热喷涂需要严格的表面前处理, 在潮湿的海洋大气中施工受到一定限制。另外有机涂层和热喷涂锌铝合金防腐层的抗冲击磨损性能很差。

等离子束表面冶金技术以等离子弧为热源, 采用同步送粉方式, 在钢铁等材料表面熔覆一层合金层, 具有成分可调范围大、不需要严格前处理, 涂层致密均匀无孔隙、与基体呈冶金结合等优点。等离子束表面冶金涂层已大量成功应用于高耐磨和耐冲击场合, 是一种发展前景广阔的金属表面高抗冲击抗磨损保护新技术。《铁基高铬等离子束表面冶金涂层耐海水腐蚀性能》一文使用铁、铬等元素进行等离子束表面冶金技术喷涂，得到的涂层具有较好的耐腐蚀性、致密性，但是还是存在易剥落、耐腐蚀性不够持久，耐磨性差，耐冲击性不好，抗菌抗污性差等缺点，需要改进。

《TiAl-B₄C 复合材料耐海水腐蚀性研究》一文通过热压烧结制备的10wt% ～ 40wt% TiAl 含量的TiAl /B4C 复合材料在天然海水中进行60 天的全浸实验，通过SEM 对试样的腐蚀形貌进行观察表征，XＲD 分析相结构对腐蚀过程进行推测，结合电化学阻抗测试对试样耐腐蚀能力的强弱进行具体定量化的分析。结论表明，TiAl /B₄C具有良好的抗海水腐蚀性能，而且质量轻，耐磨性好，抗氧化性好，具有金属和陶瓷相结合的特性，将该材料用于船侧板的冶金涂层将会对涂层的性能产生有益的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层及其制备方法，该涂层与铁基材料的结合性、耐海水腐蚀性、耐冲击性和耐磨性好，致密性好，致密均匀无孔隙、与基体呈冶金结合，适用于船侧板喷涂，使用寿命长。

本发明的技术方案如下：

一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，其特征在于由下列重量份的原料制成：石墨粉2.1-2.4、铬粉25-27、镍粉4.3-4.6、硅粉4.1-4.4、硼粉0.3-0.4、铁粉40-42、TiAl 粉末10-12、B₄C 粉末20-21、纳米二氧化钛0.7-0.9、碳化硅3-4。

所述的船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，其特征在于：

（1）将TiAl 粉末与B₄C 粉末进行球磨混合，送入真空炉，在1580-1630 ℃，相对应压力为14 MPa-17 MPa 条件下，保温30-60 min，取出，水冷，破碎，再进行球磨，至粒径小于130μm，得到粉末；

（2）将其他剩余成分与第（1）步得到的粉末混合，进行球磨至粒径为60-180μm，得到铁基陶瓷混合粉末；

（3）将灰铸铁表面去除表面氧化物，用等离子束表面冶金设备将铁基陶瓷混合粉末喷涂到灰铸铁基体上，涂层厚度为3-5mm，即得。

本发明的有益效果

本发明冶金涂层使用了铁基高铬材料，具有优异的耐海水腐蚀性能；通过使用TiAl、B₄C，通过合金化处理，使得陶瓷相和金属相紧密结合，提高了与铁基材料的结合性、耐海水腐蚀性、耐冲击性和耐磨性；通过使用纳米二氧化钛、碳化硅，提高了涂层的致密性和耐磨性，减缓海水腐蚀内部铸铁；本发明涂层致密均匀无孔隙、与基体呈冶金结合，适用于船侧板喷涂，使用寿命长。

具体实施方式

一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，由下列重量份（公斤）的原料制成：石墨粉2.3、铬粉26、镍粉4.5、硅粉4.2、硼粉0.3、铁粉41、TiAl 粉末11、B₄C 粉末21、纳米二氧化钛0.8、碳化硅3.5。

所述的船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，其特征在于：

（1）将TiAl 粉末与B₄C 粉末进行球磨混合，送入真空炉，在1592 ℃，相对应压力为15 MPa 条件下，保温40 min，取出，水冷，破碎，再进行球磨，至粒径小于130μm，得到粉末；

（2）将其他剩余成分与第（1）步得到的粉末混合，进行球磨至粒径为60-180μm，得到铁基陶瓷混合粉末；

（3）将灰铸铁表面去除表面氧化物，用等离子束表面冶金设备将铁基陶瓷混合粉末喷涂到灰铸铁基体上，涂层厚度为4mm，即得。

实验数据：

该实施例涂层表面平整, 冶金层内部组织均匀、细密, 无宏观裂纹和氧化物夹渣, 气孔较少，在人工海水中浸泡160 小时后完成不被腐蚀。

通过实验分别考核了涂层在氧化、氯化、硫化气氛中在450℃高温下的热腐蚀性能，同时将灰铸铁基体和本发明对比试样，涂层厚度为4mm，试验在空气电阻炉中进行，试样每隔10 小时利用电子称重，除氧化腐蚀试验以外，其它的两种腐蚀试验均需喷淋腐蚀试剂后，与氧化腐蚀的试样一同放回炉中加热并称重，记录称重数据后再进行下一周测试，试验共进行20个周期，其中，氯化试验采用5%NaCl 水溶液喷淋，硫化试验采用摩尔比为7 ：3 的Na2S2O7+K2S2O7 饱和水溶液涂覆，试验证明，本发明的耐腐蚀寿命是普通灰铸铁船用侧板的4倍。

Claims (2)

1.一种船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，其特征在于由下列重量份的原料制成：石墨粉2.1-2.4、铬粉25-27、镍粉4.3-4.6、硅粉4.1-4.4、硼粉0.3-0.4、铁粉40-42、TiAl 粉末10-12、B₄C 粉末20-21、纳米二氧化钛0.7-0.9、碳化硅3-4。

2.根据权利要求1所述的船侧板用铁基高铬陶瓷复合表面冶金涂层，其特征在于：

（1）将TiAl 粉末与B₄C 粉末进行球磨混合，送入真空炉，在1580-1630 ℃，相对应压力为14 MPa-17 MPa 条件下，保温30-60 min，取出，水冷，破碎，再进行球磨，至粒径小于130μm，得到粉末；

（2）将其他剩余成分与第（1）步得到的粉末混合，进行球磨至粒径为60-180μm，得到铁基陶瓷混合粉末；

（3）将灰铸铁表面去除表面氧化物，用等离子束表面冶金设备将铁基陶瓷混合粉末喷涂到灰铸铁基体上，涂层厚度为3-5mm，即得。