CN108842128A - 一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法，属于材料表面强化领域。所述含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材是由铝镁合金外皮包覆粒径范围为0～550μm的SiC粉料轧拔而成，粉料填充率为28～36wt.％，成品丝材的外径为3±0.03mm。采用电弧喷涂技术，喷涂所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，喷涂工艺参数为：电流为100～200A，电压为30～38V，压缩空气压力为0.3～0.6MPa，喷涂距离为180～220mm。喷涂过程中SiC颗粒没有发生熔化或分解，保持初始的形态。制备的涂层能够对铝及其合金、钢铁和混凝土等材料表面进行耐蚀、耐磨和防滑等一体化的长效防护，并保持稳定的摩擦系数。

Description

一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法
技术领域
本发明属于材料表面强化领域，具体涉及一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法，可应用于海洋、河流和潮汐区等环境进行耐蚀、耐磨和防滑等一体化长效防护。
背景技术
一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材的研制，可对铝及其合金、钢铁和混凝土等材料的表面进行耐蚀蚀、耐磨和防滑等多功能一体化的长效防护。
类似于航母偏流板、舰船甲板和海洋石油平台等海洋设施设备，常年处于海洋的高腐蚀环境中，为了延长使用寿命，必须进行表面的防腐蚀处理。同时，考虑到随船工作人员和设备的安全，需在通道或甲板上进行防滑处理。采用热喷涂技术制备的铝涂层具有良好的耐蚀和防滑性能，但是耐磨性差，影响了涂层的使用寿命。考虑到，颗粒增强铝基复合材料不仅具有优异的耐蚀性能，而且耐磨性能良好，是航空航天、国防、汽车和体育等领域常用的耐蚀和耐磨件材料。寻求一种耐蚀、耐磨和防滑等一体化的涂层，利用热喷涂技术制备含陶瓷颗粒铝基复合涂层是可行的方案，也是对颗粒增强铝基复合材料的灵活应用。
电弧喷涂技术具有沉积效率高、成本低和可以现场施工等优点，是一种高效的可大面积制备含陶瓷颗粒铝基复合涂层的方法。结合粉芯丝材制备技术，具有的成本低、工艺简单和便于调整丝材粉芯成分等优点，不仅可大大拓展含陶瓷颗粒铝基复合涂层的成分和性能的设计范围，而且具有高效和低耗等特点。到目前为止，没有关于电弧喷涂制备AlMg/SiC涂层的相关报道。因此，一种含SiC颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法的研究，具有重要的现实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，利用电弧喷涂技术使用所述的铝基粉芯丝材制备出耐蚀、耐磨和防滑等性能优异的含陶瓷颗粒铝基复合涂层。
本发明提供一种电弧喷涂用含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材的金属外皮为铝镁带，粉芯材料为微米级的SiC陶瓷粉料。
进一步地，所述铝镁带优选为5052铝镁带。
进一步地，所述SiC陶瓷粉料的粒径范围为小于等于550μm。
进一步地，所述粉芯丝材中SiC陶瓷粉料的填充率为28～36wt.％。
进一步地，所述粉芯丝材的外径为3±0.03mm。
另一方面本发明提供了以一种上述粉芯丝材制备耐蚀、耐磨和防滑等功能一体化电弧喷涂层的方法，包括：
对基体材料进行喷砂粗化处理；
利用电弧喷涂技术对喷砂和清洗后的基体表面喷涂上述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，形成AlMg/SiC涂层。
进一步地，上述基体材料可以是铝及其合金、钢铁和混凝土等；
进一步地，上述喷砂粗化处理的参数包括：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm；
进一步地，所述电弧喷涂的工艺参数为：电流为100～200A，电压为30～38V，压缩空气压力为0.3～0.6Mp，喷涂距离为180～220mm；
进一步地，所述AlMg/SiC涂层的厚度为0.2～1.5mm；
进一步地，根据上述喷涂参数制备AlMg/SiC涂层时，SiC颗粒没有发生熔化或分解现象，在涂层中保持初始的形态。
本发明的有益效果在于：
提供了一种用于制备AlMg/SiC涂层的粉芯丝材，扩展了国内电弧喷涂含陶瓷颗粒铝基复合涂层材料体系。合理选择AlMg带材作为粉芯丝材的外皮，以及优化设计了SiC陶瓷粉芯的粒径范围、配比和填充率等，并优化了该类含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材的电弧喷涂参数。可在铝及其合金、钢铁和混凝土等材料表面制备出耐蚀、耐磨和防滑等性能优异的含陶瓷颗粒铝基复合涂层，同时所添加SiC颗粒喷涂过程中不熔化或分解，保持初始的形态，没有发生偏聚现象，在涂层中分布均匀。此外，所制备的AlMg/SiC涂层与基体有着优异的结合状态，经过多次的循环冲击试验后，涂层依然与基体保持良好的结合。
附图说明
图1：实施例1飞行粒子的SEM表面形貌；
图2：实施例1所制备涂层的截面形貌；
图3：实施例1所制备涂层500次冲击后的表面形貌；
图4：实施例1所制备涂层500次冲击后的截面形貌。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明的内容，但是本发明决非仅局限于所陈述的实施例。
实施例1
选用规格为14×0.5mm(宽度×厚度)的铝镁带包覆粒径范围为小于等于100μm的SiC粉料，轧拔成外径为3±0.03mm的成品丝材，丝材的粉芯填充率为32wt.％。制备的丝材，不仅粉芯密实和倾倒不流动，而且表面光洁，保证了喷涂过程的稳定性和连续性。
喷涂的基体材料为Q235钢，喷涂前先进行喷砂处理和酸洗，喷砂处理的各项参数：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm。
利用电弧喷涂技术使用上述粉芯丝材制备AlMg/SiC涂层，喷涂工艺参数：电流为150A，电压为34V，压缩空气压力为0.5MPa，喷涂距离为210mm。
实施例2
用规格为14×0.5mm(宽度×厚度)的铝镁带包覆粒径范围为150～300μm的SiC粉料，轧拔成外径为3±0.03mm的成品丝材，丝材的粉芯填充率为32wt.％。制备的丝材，不仅粉芯密实和倾倒不流动，而且表面光洁，保证了喷涂过程的稳定性和连续性。
喷涂的基体材料为Q235钢，喷涂前先进行喷砂处理和酸洗，喷砂处理的各项参数：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm。
利用电弧喷涂技术使用上述粉芯丝材制备AlMg/SiC涂层，喷涂工艺参数：电流为150A，电压为34V，压缩空气压力为0.5MPa，喷涂距离为210mm。
实施例3
用规格为14×0.5mm(宽度×厚度)的铝镁带包覆粒径范围为350～550μm的SiC粉料，轧拔成外径为3±0.03mm的成品丝材，丝材的粉芯填充率为32wt.％。制备的丝材，不仅粉芯密实和倾倒不流动，而且表面光洁，保证了喷涂过程的稳定性和连续性。
喷涂的基体材料为Q235钢，喷涂前先进行喷砂处理和酸洗，喷砂处理的各项参数：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm。
利用电弧喷涂技术使用上述粉芯丝材制备AlMg/SiC涂层，喷涂工艺参数：电流为150A，电压为34V，压缩空气压力为0.5MPa，喷涂距离为210mm。
对比例1
用规格为14×0.5mm(宽度×厚度)的铝镁带包覆粒径范围为150～300μm的SiC粉料，轧拔成外径为3±0.03mm的成品丝材，丝材的粉芯填充率为32wt.％。制备的丝材，不仅粉芯密实和倾倒不流动，而且表面光洁，保证了喷涂过程的稳定性和连续性。
喷涂的基体材料为Q235钢，喷涂前先进行喷砂处理和酸洗，喷砂处理的各项参数：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm。
利用电弧喷涂技术使用上述粉芯丝材制备AlMg/SiC涂层，喷涂工艺参数：电流为400A，电压为38V，压缩空气压力为0.5MPa，喷涂距离为210mm。
对比例2
选用市售的直径为3mm的铝镁合金丝作为对比丝材，其中元素成分的质量百分为：Mg：2.78％；Fe及不可避免杂质：＜0.6％；Al：余量。
喷涂的基体材料为Q235钢，喷涂前先进行喷砂预处理和酸洗，喷砂处理的各项参数：气流压力为0.5～0.7MPa，喷砂角度为45～60°，喷砂距离为150～200mm。
利用电弧喷涂技术制备AlMg涂层，喷涂工艺参数：电流为150A，电压为34V，压缩空气压力为0.5MPa，喷涂距离为210mm。
对各实施例中所制备涂层进行的检测如下所示：
采用长管空冷的方法收集实施例和对比例喷涂过程中形成的飞行粒子，发现实施例1～3喷涂过程中SiC颗粒没有发生熔化，保持初始的形态，但对比例1中的SiC颗粒出现了熔化现象。图1为实施例1飞行粒子的SEM表面形貌。
采用SEM观察实施例和对比例中所制备涂层的截面形貌，发现实施例1～3的涂层结构致密，没有明显的缺陷，有益于涂层的耐腐蚀性能。但是对比例1所制备的涂层中SiC颗粒出现了偏聚和分解现象，不利于涂层整体性能的提高。图2为实施例1的涂层截面形貌。
对实施例和对比例中所制备涂层进行结合强度测试，依照GB/T8642-2002《热喷涂抗拉结合强度的测定》，取5个试样的平均值，见表1。
对实施例中和对比例所制备的涂层，根据GB/T17899-1999进行3.5NaCl％盐溶液电化学腐蚀试验，得到涂层的动电位极化曲线，并根据塔菲尔直线外推法得到了涂层的腐蚀电位和腐蚀电流密度，取3个试样的平均值，见表2。
对实施例和对比例中所制备的涂层进行了低应力循环冲击试验，冲击头为直径20mm的轴承钢球，每次冲击能约为2.1J，冲击频率为76次/分钟，每个试样进行了500次连续冲击。对冲击后涂层表面和截面形貌进行观察，发现实施例和对比例所制备的涂层没有明显的环状裂纹、径向裂纹和剥落现象，而且涂层仍然与基体保持良好的结合状态。图3为实施例1所制备涂层500次冲击后的表面形貌，图4为实施例1所制备涂层500次冲击后的截面形貌。
表1实施例中所制备涂层的抗拉结合强度
表2实施例中所制备涂层的电化学腐蚀参数

Claims (8)

1.一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯丝材的外皮为铝镁带，粉芯为微米级SiC陶瓷粉料。
2.根据权利要求1所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述铝镁带的尺寸规格优选为：宽度10～14mm，厚度0.5～1.5mm。
3.根据权利要求1所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述微米级SiC陶瓷粉料的填充率为28～36wt.％。
4.根据权利要求1所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述微米级SiC陶瓷粉料的粒径范围为小于等于550μm。
5.根据权利要求1所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材，其特征在于，所述粉芯丝材的外径为3±0.03mm。
6.使用如权利要求1～5任一项所述的含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材制备涂层的方法，其特征在于，采用电弧喷涂技术制备涂层，其工艺参数为：电流为100～200A，电压为30～38V，压缩空气压力为0.3～0.6Mp，喷涂距离为180～220mm；喷涂后获得的是AlMg/SiC涂层。
7.根据权利要求6所述的制备AlMg/SiC涂层的方法，其特征在于，所述AlMg/SiC涂层的厚度为0.2～1.5mm。
8.根据权利要求6或7所述的方法制备得到的涂层，其特征在于，喷涂过程中SiC颗粒没有发生熔化或分解现象，在涂层中保持初始的形态。
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