CN105458269B - 一种耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：对基体表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理；在粗化处理后的基体表面喷涂自熔性合金材料；随后将自蔓延粉料压制成块放在喷涂后的基体表面，并放入燃烧室中；将基体进行预热，然后点火引发自蔓延反应，反应结束后，自然冷却，然后通过热喷涂工艺在产品表面喷涂耐磨材料，即得到耐磨涂层。使用本方法可以解决自蔓延涂层与基体结合强度不高的问题，大大提高耐磨涂层的结合强度，并且在自蔓延涂层上增加耐磨层，既可提高涂层的耐磨性，也可降低涂层空隙率，提高平整度。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨涂层的制备方法。
背景技术
金属材料是应用最广的工程材料，但随着工程设备工作条件的日益苛刻，单一的金属材料已经难以满足工程使用要求。在金属表面涂覆耐磨涂层，可以使合成的复合材料既能保留金属的强度和韧性，同时又具备涂层的耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特性，可以大幅提高材料的使用性能。
目前工业上常用的制备复合涂层的方法有如下几种：自蔓延高温合成法、热喷涂法、溶胶-凝胶法等。自蔓延高温合成法是用反应物之间产生的高化学反应热促使反应物进行持续自发的化学反应制备陶瓷涂层，单一的自蔓延高温合成法可以制备出高性能的复合材料涂层，然而制备出的涂层表面精度很差，会出现表面不平整，有空隙等问题。热喷涂技术是在高温下将涂层材料熔化和雾化，形成熔融或半熔融状态的粒子流，以极高的速度喷涂于金属钢板表面上的涂覆方法，可以制备出耐磨性、硬度和导热等性能有较好的涂层，并且对钢板的热变形影响较小。溶胶-凝胶法是用易于水解的金属醇盐或无机盐在某种溶剂中与水发生反应，经水解缩聚形成溶胶，将溶胶涂覆在金属钢板表面，再经干燥、热处理后形成涂层，其制备的涂层质量高，但工艺复杂、耗时，膜层易开裂。
经过对现有技术的检索，发现申请号201210146793.9的专利公开了一种内表面耐磨涂层的制作方法，特别适用于铸铁管内表面耐磨涂层的制作。将Fe2O3粉和铝粉按质量比1∶3的比例均匀混合，形成反应物，将反应物装入球墨铸铁管内，然后将球墨铸铁管固定在旋转设备上，沿着球墨铸铁管中心轴高速旋转，将球墨铸铁管内的反应物点燃反应，反应物发生自蔓延反应，冷却即可。它方法简单，设备少，形成的耐磨涂层耐磨、耐蚀、耐热和抗热冲击及抗机械冲击性能强。但是仍然需要提高其与内表面的结合强度。
申请号200610011816.X公开了一种在铝合金表面涂敷耐磨涂层的方法，属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的技术领域。采用反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3，反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物，同时自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量会使铝表面的氧化膜熔解，使得铁铝金属间化合物很容易与铝基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。该发明的优点在于工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。申请号201310306469.3公开了了一种离心自蔓延陶瓷/合金双复合耐磨管的制备方法，对钢管内表面进行喷砂除锈、粗化处理；将Al+Fe2O3体系的自蔓延粉料放入钢管中；将钢管置于离心机上，开动离心机，待转速稳定后，点火引发自蔓延反应；待钢管内部的Al2O3陶瓷内衬层半凝固状态时，将熔融的耐磨合金浇注入Al2O3陶瓷内衬复合钢管内，使熔融的耐磨合金在离心力的作用下，涂覆于Al2O3陶瓷涂层上形成耐磨合金层，形成陶瓷/合金双复合耐磨管。该发明工艺简单，制造的产品耐磨、耐蚀性强。申请号201320180058.X的实用新型专利公开了一种余热锅炉受热面高温复合耐磨涂层，其技术要点在于：在以合金钢板制成的基体表面喷涂Ni-Cr合金涂层作为功能层，在Ni-Cr合金涂层与基体之间涂有过渡层，在Ni-Cr合金涂层外涂有封孔层。该实用新型提高了余热锅炉受热面的抗氧化、抗腐蚀、耐磨损等性能。
申请号201310306450.9公开了一种增强离心自蔓延陶瓷内衬复合钢管强度的结构及制备方法，包括钢管，钢管的内表面开设有槽，钢管的内表面内衬有自蔓延反应形成的Al2O3陶瓷内衬。该发明采用自蔓延高温合成和离心铸造的方法制备陶瓷内衬复合钢管，解决了传统离心自蔓延陶瓷内衬复合钢管存在的陶瓷涂层与金属基体结合强度不高的缺点。
申请号201310306469.3公开了一种离心自蔓延陶瓷/合金双复合耐磨管的制备方法，对钢管内表面进行喷砂除锈、粗化处理；将Al+Fe2O3体系的自蔓延粉料放入钢管中；将钢管置于离心机上，开动离心机，待转速稳定后，点火引发自蔓延反应；待钢管内部的Al2O3陶瓷内衬层半凝固状态时，将熔融的耐磨合金浇注入Al2O3陶瓷内衬复合钢管内，使熔融的耐磨合金在离心力的作用下，涂覆于Al2O3陶瓷涂层上形成耐磨合金层，形成陶瓷/合金双复合耐磨管。
以上材料制备的耐磨金属涂层与基体的结合强度不高，并且制备后其表面的精度较差。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对基体表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的基体表面喷涂自熔性合金材料；
步骤C：将自蔓延粉料压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将基体进行预热，然后进行点火引发自蔓延反应，反应结束后，自然冷却；
步骤E：通过喷涂工艺在产品表面喷涂耐磨材料，即得到耐磨涂层。
所述步骤A中的基体优选钢质板材。
所述步骤B中自熔性合金材料选自镍铬合金、铝青铜或铁基合金中的一种。
所述步骤C中自蔓延粉料选自氧化铁粉和铝粉。在反应燃烧室中加入上述两种粉末后，引燃后便可进行自蔓延高温合成反应。自蔓延高温合成反应的燃烧室是使用耐火材料自行制作以及点火前需对钢板预热，有利于在反应过程中形成熔池和保温，制备出高质量的涂层。反应过程中，铁下沉，氧化铝在涂层上层，起到耐磨层的作用。
所述步骤E中喷涂的耐磨材料选自陶瓷，金属，合金材料中的一种。以消除表面孔隙及便于再加工，降低涂层空隙率，提高平整度等级，同时耐磨层可进一步增加涂层的耐磨强度。
本发明具有如下有益效果，使用本方法可以解决自蔓延涂层与基体结合强度不高的问题，大大提高耐磨涂层的结合强度，并且在自蔓延涂层上增加耐磨层，既可提高涂层的耐磨性，也可降低空隙率，提高平整度。
具体实施方式
下面说明本发明的实施例。在本发明的一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
实施例1
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂镍铬合金；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂耐磨合金。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
实施例2
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂喷涂铝青铜；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂镍铬合金。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
实施例3
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂FeNiCrBSi；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂耐磨陶瓷。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
实施例4
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂镍铬合金；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂耐磨陶瓷。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
实施例5
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂镍铬合金；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂耐磨陶瓷。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
实施例6
本实施例提供了一种耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂铝青铜；
步骤C：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应；
步骤E：通过热喷涂工艺对产品表面进行喷涂耐磨陶瓷。
通过以上方法可以制备出具有较好结合强度和耐磨要求的复合材料。
对比例1：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：将质量比为2.9:1的氧化铁粉和铝粉压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中；
步骤C：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延高温合成反应，
自然冷却，得到耐磨材料。
实施效果：
表观形态：观察实施例与对比例中制备的涂层的最终形态，给出材料表观精度的评价。
按照GB/T 8642-2002的标准测试实施例与对比例的结合强度。
按照GB/T 1768-89中的测试标准测试涂层的耐磨性，结果以研磨后的涂层质量损耗(％)为表征。
结果如下表：
表1测试结果
从上表中可以看出，采用本申请制备的实施例1-6耐磨涂层的表观精度较好，缺陷很少，表面较平滑，而采用常规的直接进行自蔓延反应制备的涂层具有缺陷，不平滑。所以本方法可以较好的提高涂层的表观精度。
从表1中可以看出，经过对涂层结合强度的测试可知，实施例6具有最佳的效果，其结合强度可以达到34Mpa，比起未加入自熔性合金粉末的对比例提高了70％，有了显著的提高，从耐磨测试结果可以看出，使用本申请的制备方法后，涂层的耐磨性能也有较大的提高，使用国标进行测试后可以看出，涂层的重量损失大大降低，具有显著的进步，这表明在摩擦过程中，更少的涂层被磨损下来，首先，这是因为自熔层和自蔓延粉料在反应过程中可以相互融合，使其可以更坚固的附着于基体上，另外，经过进一步喷涂耐磨涂层，可以使其余自蔓延反应后的涂层相互配合，增加涂层的耐磨性。
应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (2)
1.一种耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤A：对钢板表面进行腐蚀除锈，喷砂粗化处理，并设计反应燃烧室；
步骤B：在粗化处理后的钢板表面喷涂自熔性合金材料，所述自熔性合金材料选铝青铜或铁基合金中的一种；
步骤C：将自蔓延粉料压制成块，并放置在上述喷涂后的钢板上，然后一并放入燃烧室中，所述自蔓延粉料为氧化铁粉和铝粉，且所述氧化铁粉和所述铝粉质量比为2.9﹕1；
步骤D：将钢板进行预热，然后进行点火引发自蔓延反应，反应结束后，自然冷却；
步骤E：通过喷涂工艺在产品表面喷涂耐磨材料，即得到耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤E中喷涂的耐磨材料选自陶瓷或合金材料中的一种。
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