CN106399911A - 一种梯度复合耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100‑160℃下干燥;(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.1‑0.3mm;(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3‑TiO2‑Cr2O3‑Si3N4混合粉末,得到Al2O3‑TiO2‑Cr2O3‑Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2‑0.6mm。所述复合涂层能够提高基体的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域,尤其涉及一种Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法。
背景技术
磨损是金属零件失效的三种主要原因(磨损、腐蚀和疲劳)之一。它所造成的经济损失是十分巨大的,如美国1981年公布的数字,每年由于磨损而造成的损失高达1000亿美元。其中材料消耗约为200亿美元,相当于材料年产量的7%。由于材料耐磨性较差,我国大量基础零件的损失寿命普遍大幅度低于国外先进产品的水平,因此直接及间接的经济损失也是十分惊人的。
仅就冶金矿山、农机、煤炭、电力、和建材五个工业部门不完全的统计,每年仅由于磨料磨损而需要补充的备件就达100万吨钢材,相当于15~20亿人民币。又如机械工业每年所用的钢材,约有一半是消耗在备件的生产上,而备件中的大部分是由于磨损寿命不高而失效的,如约40%的农机具备件是由于磨料磨损消耗的,约30%的锅炉钢管是由于腐蚀磨损失效的。
在冶金矿山生产中,机械的工况和使用环境十分恶劣,磨损失效是机械失效的主要原因。以液浆泵为例,它是用来抽取的洗矿后剩下的尾矿砂泥浆,泥浆中含有部分硬度较髙的精矿砂、沙砾以及较大的石块,而且其中还含有硫等腐蚀性的物质,加之运送泥浆时需要较高的压头,因此泵中流体的速度很高。具有较大的冲击力。这些工况条件决定了渣浆泵在使用时即要能承受多种形式的磨损,又要有很高的机械韧性和强度,因而对泵过流部件的材质提出了很高的要求。然而单一材料的性能很难满足这种即要有很高的机械强度,又要有能耐磨、耐腐的要求。
热喷涂工艺及复合材料的产生,为解决这个问题开辟了一片新的前景。例如,将耐磨陶瓷材料喷涂在耐冲击的金属材料上,将两种材料取长补短,优势互补,可以满足机械设备日益提高的机械负荷和对抗磨损性的苛刻要求。
热喷涂复合耐磨涂层能否成功的关键在于耐磨性,然而喷涂材料与涂层的性质有很大的差异,所以,只能根据喷涂材料既有性质进行选材,至于耐磨涂层的耐磨性需要大量的性能试验验证。耐磨涂层质量除了与喷涂材料有关,还受到喷涂工艺与涂层结构的影响,这涉及涂层的结合强度和残余热应力,高结合强度与低残余热应力是热喷涂工艺的最终目的。
发明内容
本发明的目的在于提出一种梯度复合耐磨涂层的制备方法,所述复合涂层能够提高基体的耐磨性能。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
一种梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:
(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;
(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100-160℃下干燥;
(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.1-0.3mm;
(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,得到Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2-0.6mm。
本发明所述的Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,其为纳米级,以10-3:0.5-2:0.5-2:1的重量比混合。
本发明的所述大气等离子喷涂设备,是本领域的已知技术,其工艺条件的确定,可以根据本领域的现有技术,或者有限次试验进行确定,本发明不再就其进行限定。
大气等离子喷涂是所有的热喷涂工艺中灵活性最强的一个,它可以产生足够的能量熔化任何材料。喷涂方式可分为大气等离子、大气保护等离子、真空等离子和水稳等离子喷涂等。喷涂设备主要由喷枪、送粉器、直流电源、控制系统、热交换器和管路系统组成。由于等离子喷涂使用粉末作为涂层原料,在等离子喷涂工艺中可以使用的涂层材料的数量几乎是无限的。在阳极(喷嘴)和阴极(电极)之间点燃高频电弧,在其间流动的工艺气体(通常为氩气、氮气、氢气和氦气的混合物)被离子化为热等离子气体的羽流,从而超过太阳表面6,600℃至16,600℃的温度。当涂层材料被注入到气体羽流后,材料被熔化并被射向靶基体。
使用的工艺气体与电极上施加的电流共同控制工艺产生的能量。由于可以对每种气体和所用电流进行精确的调节,所以涂层结果可以重复和预测。同时,材料被射入羽流的地点和角度以及喷枪到靶的距离也可被控制,从而能高度灵活地产生恰当的材料喷涂参数,扩大熔化的温度范围。
等离子喷枪与靶部件的距离、喷枪和部件的相对速度以及部件冷却(通常借助集中在靶基体的空气喷射的帮助),一般将部件的喷涂温度控制在38℃至260℃。
优选的,本发明所述的基材为渣浆泵的叶轮或壳体。即:
相较于其他的粘结底层,本发明采用NiCrBSi作为粘结底层,其起到了降低热处理温度、改善基体与工作层连接性质的作用,实现良好的结合。
本发明所述的NiCrBSi,其各成分之间比例不做特定限定,各个成分只要达到有效量即可。例如,其含量为Cr 14-18wt%、B 3-4.5wt%、Si 3.5-5.5wt%,Ni余量。
本发明采用Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4联用,并在基底表面和所述梯度复合涂层之间设置NiCrBSi中间涂层,使得涂层耐磨耐腐蚀,且与结合力强。SiC由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或汽缸体的内壁,可提高其耐磨性而延长使用寿命1~2倍;同时其耐热,耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。碳化硅的硬度很大,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。其不仅耐磨性能出色,同时具有极强的防腐蚀性能。
本发明采用大气等离子喷涂工艺,相较于其他热喷涂工艺,特别适合用于本发明的渣浆泵叶轮和壳体等不规则部件,且所述工艺与本发明的特定材料配合,得到的涂层坚固牢靠,耐腐蚀耐磨。
将本发明得到的梯度复合耐磨涂层基体置于水沙混合物中,进行旋转磨损试验,经过24小时后,称重,并与磨损前的重量进行比较,磨损损失率低于0.01%,说明本发明制备得到的复合涂层耐磨且与基体结合紧密牢固。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种渣浆泵的叶轮或壳体Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:
(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;
(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100-160℃下干燥;
(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.1mm;
(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,比例为10:0.5:2:1,得到Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2mm。
实施例2
一种渣浆泵的叶轮或壳体Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:
(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;
(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100-160℃下干燥;
(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.3mm;
(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,比例为10:2:0.5:1,得到Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.6mm。
实施例3
一种渣浆泵的叶轮或壳体Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:
(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;
(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100-160℃下干燥;
(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.2mm;
(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,比例为5:1:1:1,得到Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.4mm。
将实施例1-3得到的梯度复合耐磨涂层基体置于水沙混合物中,进行旋转磨损试验,经过24小时后,称重,并与磨损前的重量进行比较,磨损损失率低于0.01%,说明实施例1-3制备得到的复合涂层耐磨且与基体结合紧密牢固。
Claims (3)
1.一种梯度复合耐磨涂层的制备方法,其包括:
(1)将基材表面进行喷砂粗化处理;
(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面,并在100-160℃下干燥;
(3)采用大气等离子喷涂设备,对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层,所述过渡层厚度为0.1-0.3mm;
(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,得到Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4梯度复合耐磨涂层,所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2-0.6mm。
2.如权利要求1所述的梯度复合耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述的基材为渣浆泵的叶轮或壳体。
3.如权利要求1或2所述的梯度复合耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述的Al2O3-TiO2-Cr2O3-Si3N4混合粉末,其为纳米级,以10-3:0.5-2:0.5-2:1重量比混合。
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