CN108642432B - 一种铝基含b4c陶瓷电弧喷涂粉芯丝材 - Google Patents

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Abstract

一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工表面工程领域。B4C陶瓷的熔点高达2350℃，维氏硬度约为55～67GPa，具有优异的化学稳定性。本发明为一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，所述丝材的粉芯成分质量百分含量如下：250μm～300μm B4C粉末：1～5％，50～200μm B4C粉末：60～80％，10～45μm B4C粉末：10～20％，铝粉：5～19％。采用5052半硬铝带包裹药芯粉末，粉芯的填充率为28％～32％。本发明制备的涂层无明显缺陷，涂层中的B4C陶瓷颗粒平均显微硬度在5000HV以上，涂层的摩擦磨损性能明显优于纯铝涂层。

Description

一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材
技术领域
一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工表面工程领域。
背景技术
海洋是潜力巨大的资源宝库，也是支撑未来发展的战略空间。大力发展海洋经济，进一步提高海洋经济的质量和效益。随着我国对海洋开发的不断深入，建造的海洋工程设施越来越多，腐蚀已经成为影响船舶、近海工程、远洋设施服役安全、寿命、可靠性的最重要因素。腐蚀是导致各种基础设施和工业设备破坏和报废的主要原因，我国每年由于腐蚀造成的损失约为GDP的5％。此外，材料磨损的问题也非常突出，严重的磨损问题同样会导致材料的失效甚至会引发灾难性事故。在提高材料表面耐腐蚀及耐磨损性能的众多手段中，表面处理技术是重要的措施之一。热喷涂是一种重要的表面改性方法，通过在材料表面喷涂性能优异的涂层可提高材料的耐蚀和耐磨性能。
纯铝涂层具有良好的耐腐蚀性能，能适应多种腐蚀环境，能抵抗海水等介质的腐蚀。铝涂层常作为防腐涂层应用在跨海大桥、船舶、海上钻井平台、港口等设施上，但是纯铝涂层硬度低、耐磨性较差，限制了其应用范围的推广。通过添加陶瓷颗粒制备粉芯丝材喷涂的铝基陶瓷涂层不仅具有优异的耐蚀性，还具有较好的耐磨性。国内外研究者都对铝基陶瓷涂层进行过相应的研究。其中国外对于铝基陶瓷涂层的研究较早，随着舰载飞机和船舶甲板的发展，铝基陶瓷涂层得到了迅猛发展。其中在国内外的研究中有添加Al2O3、SiC陶瓷粉末制备喷涂粉芯丝材的报道，还未查到有添加B4C陶瓷制备的粉芯丝材。相比较Al2O3、SiC陶瓷粉末，B4C陶瓷的硬度更高，比较适合作为铝基涂层的增强材料，所以用添加B4C陶瓷粉末制备的铝基陶瓷涂层具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是改善纯铝涂层的耐磨性，提出一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，通过本发明制备具备良好耐蚀性和耐磨性的铝基涂层。
一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于所述粉芯质量百分含量范围如下： 250μm～300μm B4C粉末：1～5％，50～200μm B4C粉末：60～80％，10～45μm B4C粉末：10～20％，铝粉：5～19％。
丝材的皮采用5052铝带。粉芯的填充率为28～32％。
本发明采用上述所述的铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材制备涂层的方法，具体实施步骤如下：
步骤一：将不同粒径的B4C粉末和铝粉采用机械方法混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。将5052半硬铝带轧制成U型，开口向上，将混好的粉末加入到U型铝带中，然后利用轧辊逐步将铝带闭合，使得铝带接头为搭接形式，无粉末漏出；然后分别利用直径为3.35、3.15、 2.95的拉丝模，逐道拉拔减径，最后的外径约为3.0mm，粉芯的填充率为28～32％。
步骤二：喷涂前需要对喷涂基材进行喷砂处理，然后利用压缩空气将喷砂后的基材吹净。将丝材穿入喷涂设备的送丝机构，设置好喷涂的工艺参数，喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa，采用该工艺参数制备的涂层性能良好。
本发明和现有技术相比优点在于：
1、本发明通过采用三种不同粒径B4C粉末和Al粉混合均匀制备出粉芯丝材，然后利用电弧喷涂技术制备出铝基陶瓷涂层。
2、涂层中铝基体的平均显微硬度为69.3HV，涂层中B4C陶瓷的平均显微硬度为5061HV；
3、涂层的摩擦磨损失重低于纯铝涂层，涂层的耐磨性得到了增强，涂层具有较高的摩擦系数；
4、本发明制备的涂层具有良好的应用前景，可用于海洋环境下耐磨部件的表面防护，可应用在舰船甲板、跨海大桥、海上石油钻井平台上。
附图说明
图1实施例1中电弧喷涂制备铝基陶瓷涂层的金相照片；
图2实施例1电弧喷涂制备铝基陶瓷涂层XRD分析图谱；
图3实施例1电弧喷涂制备铝基陶瓷涂层摩擦系数；
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，本发明决非仅局限于所陈述的以下实施例。
实施例1
取粒径为250μm～300μm B4C粉末100g，粒径为50～200μm B4C粉末1600g，粒径为10～45μm B4C粉末200g，铝粉100g。利用机械的方法将粉末充分混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。用5052半硬铝带作为外皮，将铝带轧制成U型，开口向上，然后将混好的粉末均匀送入U型铝带中，利用轧辊逐步将铝带闭合，使得接头为搭接形式，无粉末漏出。分别利用直径为3.35、3.15、2.95的拉丝模逐道拉拔减径。最后丝材的直径约为3mm，粉芯的质量填充率为29.5％。采用电弧喷涂技术制备涂层，电弧喷涂的具体工艺参数为：喷涂电流为 300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
实施例2
取粒径为250μm～300μm B4C粉末80g，粒径为50～200μm B4C粉末1500g，粒径为10～ 45μm B4C粉末260g，铝粉160g。利用机械的方法将粉末充分混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。用5052半硬铝带作为外皮，将铝带轧制成U型，开口向上，然后将混好的粉末均匀送入U型铝带中，利用轧辊逐步将铝带闭合，使得接头为搭接形式，无粉末漏出。分别利用直径为3.35、3.15、2.95的拉丝模逐道拉拔减径。最后丝材的直径约为3mm，粉芯的质量填充率为30.4％。采用电弧喷涂技术制备涂层，电弧喷涂的具体工艺参数为：喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
实施例3
取粒径为250μm～300μm B4C粉末60g，粒径为50～200μm B4C粉末1400g，粒径为10～ 45μm B4C粉末300g，铝粉240g。利用机械的方法将粉末充分混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。用5052半硬铝带作为外皮，将铝带轧制成U型，开口向上，然后将混好的粉末均匀送入U型铝带中，利用轧辊逐步将铝带闭合，使得接头为搭接形式，无粉末漏出。分别利用直径为3.35、3.15、2.95的拉丝模逐道拉拔减径。最后丝材的直径约为3mm，粉芯的质量填充率为30.8％。采用电弧喷涂技术制备涂层，电弧喷涂的具体工艺参数为：喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
实施例4
取粒径为250μm～300μm B4C粉末40g，粒径为50～200μm B4C粉末1300g，粒径为10～ 45μm B4C粉末360g，铝粉300g。利用机械的方法将粉末充分混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。用5052半硬铝带作为外皮，将铝带轧制成U型，开口向上。将混好的粉末均匀送入U型铝带中，然后利用轧辊逐步将铝带闭合，使得接头为搭接形式，无粉末漏出。分别利用直径为3.35、3.15、2.95的拉丝模逐道拉拔减径。最后丝材的直径约为3mm，粉芯的质量填充率为29.7％。采用电弧喷涂技术制备涂层，电弧喷涂的具体工艺参数为：喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
实施例5
取粒径为250μm～300μm B4C粉末20g，粒径为50～200μm B4C粉末1200g，粒径为10～ 45μm B4C粉末400g，铝粉380g。利用机械的方法将粉末充分混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。用5052半硬铝带作为外皮，将铝带轧制成U型，开口向上。将混好的粉末均匀送入U型铝带中，然后利用轧辊逐步将铝带闭合，使得接头为搭接形式，无粉末漏出。分别利用直径为3.35、3.15、2.95的拉丝模逐道拉拔减径。最后丝材的直径约为3mm，粉芯的质量填充率为28.9％。采用电弧喷涂技术制备涂层，电弧喷涂的具体工艺参数为：喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
对实施例制备的涂层进行金相观察、XRD测试、显微硬度测试及其摩擦磨损实验。涂层的金相照片如图1所示，XRD测试结果如图2所示，摩擦系数如图3所示。
使用HXD-1000数字型显微硬度计测量涂层的显微硬度，实验加载力为25gf，加载时间为10s。每个涂层分别测试10个点，然后计算其平均值。显微硬度测试结果如表1所示。
磨损试样的喷涂基材是厚度为10mm的4032铝板，涂层的厚度为1mm。用线切割切出19mm×12.5mm的长方形块，然后分别用200#、400#、600#、800#的砂纸将涂层表面磨平。利用MRH-3型高速环块摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验。磨环材料为GCr15，其硬度为 60～62HRC。摩擦形式为干摩擦，加载载荷为20N，实验时间为60min。分别用BS224S分析天平测量涂层实验前后的质量，以磨损失重来评定涂层的耐磨性能，用纯铝涂层作为对比，摩擦磨损失重结果如表2所示。
表1涂层平均显微硬度
实施例 1 2 3 4 5
涂层中铝基体平均显微硬度/HV 121.3 103.4 117.8 121.6 111.0
涂层中B<sub>4</sub>C平均显微硬度/HV 5061.5 5238.4 5130.2 5021.6 5169.5
表2摩擦磨损失重
实施例 1 2 3 4 5 纯铝涂层
摩擦磨损平均失重×10<sup>-4</sup>g 50 64 45 44 56 92

Claims (3)

1.一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯质量百分含量范围如下：250μm～300μm B4C粉末：1～5％，50～200μm B4C粉末：60～80％，10～45μm B4C粉末：10～20％，铝粉：5～19％；
丝材的皮采用5052铝带。
2.按照权利要求1所述的一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，粉芯的填充率为28～32％。
3.采用权利要求书1-2任一项所述的铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材制备涂层的方法，其特征在于：通过以下步骤实现：
将丝材穿入喷涂设备的送丝机构，然后调整电弧喷涂的工艺参数，喷涂电流为300～400A，喷涂电压为36～40V，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压是0.5～0.7MPa。
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