CN106048503A - 等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法。本发明通过对殷瓦钢纳米等离子涂层的制备及热处理，制备出来的高耐蚀性殷瓦钢涂层孔洞及裂纹明显减少，结构致密均匀，且在空气中不易腐蚀，具有良好的耐蚀性。在纳米等离子殷瓦钢涂层的制备与热处理过程中，本发明将纳米技术、大气等离子喷涂技术及热处理技术有效有序的结合，利用纳米粉体的颗粒尺寸小、能量高的特性有效减少等离子涂层的孔洞及裂纹，提高涂层的致密性及均匀性，利用在空气环境下将殷瓦钢表面的金属氧化，形成致密的氧化膜（氧化镍、氧化铁）等特性有效减少殷瓦钢中的孔洞及裂纹，提高钢体的致密性及均匀性，利用油淬冷却工艺，使钢体在高温条件下较温和的迅速降温，这样能得到硬度适当，表面均一的高耐蚀性殷瓦钢。

Description

等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种应用等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法，属于金属表面涂层处理技术及等离子喷涂技术领域。
背景技术
表面涂层处理技术是提高金属表面属性的一种有效方法，通过在低碳钢表面制备一层具有特殊性能的金属，由于金属的腐蚀及磨损等失效过程均是首先在金属表面发生，所以在金属的表面涂覆一层有效的保护层可以有效提高金属整体的使用属性。等离子喷涂技术是一种表面合金化处理的有效方法，目前已成功应用于军工、航天及造船等行业，在一定范围内可替代特殊钢而进行使用，在保证正常使用的同时大幅度降低了使用成本。
通过等离子喷涂的方法在金属表面喷涂一层具有保护性能的涂层可以有效提高金属材料的性能，热喷涂技术是近年来迅猛发展的表面工程技术中的基础和重要组成部分，在工件表面强化、磨损腐蚀后的产品修复、超差加工件的再制造中发挥了重要作用，原则上可以在任何固体物质上喷涂，它具有很高的技术含量，并取得了显著的社会效益和经济效益。对比来说，热喷涂技术在提高工件表面耐蚀耐磨性能方面有着得天独厚的优势。
发明内容
本发明提出一种应用等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法，从而大幅度提高殷瓦钢合金涂层的性能，但由于纳米颗粒尺寸小、流动性差而无法直接作为喷涂材料，本发明的步骤是首先对市售的纳米铁、镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，从而将纳米粉体转化成颗粒尺寸较大，流动性好的颗粒，这些颗粒的直径在几十至几百微米之前，从而可以直接作为等离子喷涂材料。本发明是一种应用等离子喷涂法在殷瓦钢表面制备纳米复合涂层的方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a)等离子喷涂材料的制备
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米金属粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米金属粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，具体工艺参数如下：
Ni：Fe = 1：(2~3)（质量比）；
胶状物中固态物质的体积分数：15%—40%；
机械搅拌时间：10—35min。
b)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，风干结束后便得到可以直接作为等离子喷涂的材料。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
c)喷涂结束后对样品立即在空气下进行热处理。
马弗炉升温速度：5℃/min—10℃/min；
退火热处理温度：700℃—950℃；
保温时间：10-25min。
d)当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3min，取出样品进行测试。
本发明具有如下特点：
1、本发明通过将纳米等离子喷涂技术与殷瓦钢表面纳米涂层制备方法及热处理工艺有效有序的结合，并充分利用其各自的优势，利用纳米粉体的颗粒尺寸小、能量高的特性有效减少等离子涂层的孔洞及裂纹，提高涂层的致密性及均匀性；利用空气热处理具有消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，均匀材料组织和成分，在表面形成超高耐腐蚀性能氧化膜。从而颗粒之间结合更为紧密，分布更为均匀，从而有效减少殷瓦钢钢体中的孔洞和裂纹，使内部结构发生微变形，钢体结构变得更为致密。在空气状态下对样品进行热处理，在对样品表面进行充分氧化的情况下使合金中原子进行相互渗透，从而使钢体结构更加均匀。
2、本发明通过一系列连贯的工艺，可生产出孔洞及裂纹少，结构致密成分均匀高耐腐蚀性涂层的殷瓦钢合金材料。该发明可通过参数的调整，亦适宜其他金属合金元素的制备。
3、本发明工艺连贯，效果明显，对环境无污染，又因目前空气热处理技术设备要求低，且安全系数也大大提高，所以本发明很适宜工业化扩大生产。
附图说明
图1为本发明所用的等离子喷涂设备工艺图。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为15%；使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，将风干后得到粒径作为等离子喷涂材料喷涂于殷瓦钢上。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
喷涂结束后对样品立即进行热处理。将马弗炉逐步升温至700℃，升温速度为10℃/min—15℃/min，达到退火温度后，用坩埚将样品置于炉腔中保温时间10min。当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3 min，取出样品进行测试。整个过程即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
实施例2
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为20%；使用机械搅拌法对胶状物搅拌15min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，将风干后得到粒径作为等离子喷涂材料喷涂于殷瓦钢上。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
将马弗炉逐步升温至750℃，升温速度为10℃/min—15℃/min，达到退火温度后，用坩埚将样品置于炉腔中保温时间15min。当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3 min，取出样品进行测试。整个过程即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
实施例3
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为25%；械搅拌法对胶状物搅拌20min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，将风干后得到粒径作为等离子喷涂材料喷涂于殷瓦钢上。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
将马弗炉逐步升温至800℃，升温速度为10℃/min—15℃/min，达到退火温度后，用坩埚将样品置于炉腔中保温时间20min。当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3 min，取出样品进行测试。整个过程即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
实施例4
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为30%；使用机械搅拌法对胶状物搅拌25min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，将风干后得到粒径作为等离子喷涂材料喷涂于殷瓦钢上。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
将马弗炉逐步升温至900℃，升温速度为10℃/min—15℃/min，达到退火温度后，用坩埚将样品置于炉腔中保温时间25min。当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3 min，取出样品进行测试。整个过程即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
实施例5
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为35%；使用机械搅拌法对胶状物搅拌30min。搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，将风干后得到粒径作为等离子喷涂材料喷涂于殷瓦钢上。等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体。
将马弗炉逐步升温至950℃，升温速度为10℃/min—15℃/min，达到退火温度后，用坩埚将样品置于炉腔中保温时间25min。当保温结束时，将样品取出，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3 min，取出样品进行测试。整个过程即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。
对各个施实例经处理后的样品进行表面宏观及耐蚀性能进行测试，结果如表1所示：
由实例测试情况来看，通过本发明等离子喷涂法所制备纳米Fe-Ni涂层具有致密均匀的微观结构及很强的耐蚀性能。

Claims (1)

1.本发明提出一种纳米复合等离子殷瓦钢涂层的制备及热处理方法，从而大幅度提高殷瓦钢合金涂层的性能，但由于纳米颗粒尺寸小、流动性差而无法直接作为喷涂材料，本发明的步骤是首先对市售的纳米铁、镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，从而将纳米粉体转化成颗粒尺寸较大，流动性好的颗粒，这些颗粒的直径在几十至几百微米之前，从而可以直接作为等离子喷涂材料，一种纳米复合等离子殷瓦钢涂层的制备及热处理方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a)等离子喷涂材料的制备
采用分散喷雾合成法，对市售的纳米铁镍粉体进行液相分散喷雾合成法进行处理，在纳米Fe、Ni粉体中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散剂（体积可以忽略），使其混合成为胶状物，具体工艺参数如下：
Ni：Fe = 1：(2~3)（质量比）；
胶状物中固态物质的体积分数：15%—40%；
机械搅拌时间：10—35min；
b)搅拌结束后使用热风机对胶状物进行风干，热风机风干水的效率为7 kg /h，风干结束后便得到可以直接作为等离子喷涂的材料，等离子喷涂过程中氩气作为主要的喷涂气体，氦气作为辅助喷涂气体；
c)喷涂结束后对样品立即进行热处理；
马弗炉升温速度：5℃/min—10℃/min；
退火热处理温度：700℃—950℃；
保温时间：10-25min；
d)当保温结束时，将样品去除，迅速将样品拿出置入提前准备好的淬火油中冷却3min，取出样品进行测试。
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