CN109570510B - 用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层及制备方法，该涂层按质量分数包括如下原料：纯W粉22~55%、纯Cu粉20~55%、BNi2粉末20~55%及有机硅树脂粘结剂3~5%。本发明的涂层为柔性纤维状的技术材料，不仅成分均匀致密，且涂层中的金属纤维形成了一个纵横交错的立体蛛网式结构；其与基体材料复合，不仅匹配性优、熔点、润滑性、填缝能够佳，且成型效果优，结合强度高，能够有效提高基体材料表面的耐腐蚀性和抗氧化性；同时金属布能够裁剪成各种形状，适应基体的能力强，涂层和基体间的空间位置能够良好把控；此外，该涂层的制备方法简便，安全环保。

Description

用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层及制备 方法

技术领域

本发明涉及用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层及制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

随着国家大飞机、高速铁路机车等大项目的实施，不锈钢在国民经济中将发挥越来越重要的作用。不锈钢以其优良的耐氧化、耐腐蚀性能，在日常生活和化工生产中得到广泛应用。不锈钢在实际使用中，由于受各种环境的因素的影响，其使用寿命往往比预期短得多。这不仅造成了安全隐患，而且还因为提前更换钢材造成极大的资源、能源浪费。因此，如何合理的使用和保护不锈钢材，防止或减弱对不锈钢材的腐蚀，延长不锈钢材的服役时间，对国民经济的可持续发展具有重要意义。

但不锈钢在高温下氧化损失十分严重，即使铬含量达到26％仍然不能形成表面保护层。因此，在不锈钢表面加涂防护涂层，隔绝基体与腐蚀介质接触，是一种良好的防腐方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层及制备方法，金属布能够裁剪成各种形状，适应基体的能力强，涂层和基体间的空间位置能够良好把控，该涂层的制备方法简便，安全环保。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9 不锈钢表面涂层，其特征在于：按质量分数包括如下原料：纯W粉22～55％、纯Cu粉 20～55％、BNi2粉末20～55％及有机硅树脂粘结剂3～5％。

作为优选，所述W粉颗粒的直径为1～3微米，Cu粉颗粒的直径为4～5微米，BNi2 粉末颗粒的直径为14～15微米。进一步说，采用不同颗粒大小的粉末颗粒：1～3微米的 W粉颗粒与5微米的Cu粉颗粒以及15微米的BNi2粉末颗粒，使W与Cu粉颗粒能够填充到颗粒较大的BNi2颗粒的间隙之中，保证了涂层的致密度。

作为优选，所述有机硅树脂粘结剂按质量分数包括如下原料：聚四氟乙烯42～50％、间苯二酚18～24％、聚乙烯亚胺6-8％、滑石粉12-20％、甲基三甲氧基硅烷6-8％、固化剂2-4％。本发明采用上述原料复配而成的有机硅树脂粘结剂，从而能够在轧辊的反复碾压作用下呈现出棉絮状，当轧机轧辊碾压时，颗粒受到的正压力对粘结剂产生挤压作用，经多次挤压粘结剂逐渐形成纤维状，成为一种纵横交错的立体蛛网式结构，而纯 W粉、Cu粉、BNi2粉末被镶嵌或包裹在其中，从而分散的粉末材料联结成整体，形成涂层金属布。

一种上述的用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)按质量分数将W粉、Cu粉、BNi2粉末混合后，加入有机硅树脂粘结剂混匀，随后多次调整轧辊 与工作台间的间隙进行反复轧制，制得金属布；

(2)将轧制的金属布紧贴于预处理后的不锈钢表面，先在300～350℃条件下保温反应30～40min后，随后在980～1050℃条件下进行真空钎焊反应10～40min，最后冷却至600～650℃，保温10～30min后冷却至室温，即可制得不锈钢表面涂层。

作为优选，所述步骤(1)中轧制时调整轧辊 与工作台间的初始间隙为3～5mm，随后依次调整至2～3.0mm及0.5～2.0mm，每种间隙轧制15～30min。

本发明通过将纯W粉、纯Cu粉、BNi2粉末进行复配，从而制备的涂层不仅成分均匀致密，且涂层中的金属纤维形成了一个纵横交错的立体蛛网式结构，进而能够有效改善不锈钢基体表面的耐磨性和硬度，增强了涂层与基体的结合强度。钨元素和铜元素兼具了高的导热、导电率和低的膨胀系数，还表现出良好的高温强度、抗热震性和耐烧蚀性及尺寸稳定性等优点；BNi2钎料作为一种高温钎料，是一种在机械、化工、航空、航天等领域中应用极其广泛的镍基钎料。它具有熔化温度低、润湿性及流动性优良的特点。其中，纯W粉的添加提高了涂层的表面硬度、耐腐蚀性能；纯Cu粉的加入提高了涂层的韧塑性，BNi2粉末的加入协同提高了涂层的流动性、高温抗氧化、高温抗腐蚀性、结构等综合性能。本发明的不锈钢表面涂层，提高不锈钢的高温抗氧化、抗腐蚀性能，扩大不锈钢的使用范围。

本发明通过将纯W粉、纯Cu粉、BNi2粉及有机硅树脂粘结剂进行复配制备成金属布，并结合真空钎焊工艺将该金属布复合于不锈钢基体材料表面，先升温达到 300～350℃，使得有机硅树脂粘结剂分解挥发，在980～1080℃条件下钎焊，钎料熔化为液态，液态的钎料在不锈钢表面润湿铺展并与母材相互作用，最终冷却凝固后在不锈钢表面形成良好的涂层。

有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该涂层为柔性纤维状的技术材料，不仅成分均匀致密，且涂层中的金属纤维形成了一个纵横交错的立体蛛网式结构；其与基体材料复合，不仅匹配性优、熔点、润滑性、填缝能够佳，且成型效果优，结合强度高，能够有效提高基体材料表面的耐腐蚀性和抗氧化性；同时金属布能够裁剪成各种形状，适应基体的能力强，涂层和基体间的空间位置能够良好把控；此外，该涂层的制备方法简便，安全环保。

具体实施方式

本发明所采用的原料均可从市场上购买得到。

本发明的有机硅树脂粘结剂的制备方法是将其所包含的原料混合即可。本发明的轧制在室温条件下进行。

实施例1

涂层原料包括如下原料：33％W粉末、33％Cu粉末、31％BNi2粉末和3％有机硅树脂粘结剂。有机硅树脂粘结剂包括如下原料：聚四氟乙烯42％、间苯二酚24％、聚乙烯亚胺6％、滑石粉20％、甲基三甲氧基硅烷6％、固化剂2％。

涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)按质量百分比称取W粉末、Cu粉末、BNi2粉末，并将其混合；

(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入有机硅树脂粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；

(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊30min成型；

(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊30min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；

(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(厚度为0.5～2.0 mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊30min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性金属布。

该不锈钢表面涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)准备阶段：剪切20×10×0.5mm的金属布，并准备50×30×3mm的不锈钢基体。钎焊设备采用WZB-20真空钎焊炉，焊前，用砂纸研磨不锈钢表面，用酒精清洗后放入超声波清洗器中，加入丙酮，清洗15min，随后用清洁布擦拭干净并常温干燥；将裁剪好的“金属布”材料紧贴于清洗后的不锈钢表面上；

(2)钎焊连接：将装备好的试样整体平放于真空钎焊炉中，焊前设置炉子的真空度为1.0×10^-4Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至350℃，保温30min，再以15℃/min的速率升温钎焊温度1000℃，保温45min，再以6℃/min的速率冷却至 600℃，保温10min，最后随炉冷却至室温，取出被焊试样，即可制得该耐磨涂层。

性能检测：有机硅树脂粘结剂在反复碾压后呈现出白色的棉絮状，这一条一条棉絮连起来整体形成一种纵横交错的立体蛛网式结构，表面圆滑、大小不一的球形颗粒便为纯W粉末、纯Cu粉末及BNi2粉末，这三种粉末被蛛网式的结构镶嵌或包裹在其中，从而将原本分散的粉末材料联结成整体，形成涂层金属布。此外，通过观察可知，不锈钢表面涂层成型佳，形成致密的界面结合，并对涂层材料表面进行多点测试可知，其硬度为380HB，结合强度为540MPa。

实施例2

涂层原料包括如下原料：25％W粉末、25％Cu粉末、45％BNi2粉末和5％有机硅树脂粘结剂。有机硅树脂粘结剂包括如下原料：聚四氟乙烯50％、间苯二酚18％、聚乙烯亚胺8％、滑石粉12％、甲基三甲氧基硅烷8％、固化剂4％。

涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)按质量百分比称取，W粉末、Cu粉末、BNi2粉末，并将其混合；

(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入有机硅树脂粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；

(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊30min成型；

(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊30min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；

(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(厚度为0.5～2.0 mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊30min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性金属布。

该不锈钢表面涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)准备阶段：剪切20×10×0.5mm的金属布，并准备50×30×3mm的不锈钢基体。钎焊设备采用WZB-20真空钎焊炉，焊前，用砂纸研磨不锈钢表面，用酒精清洗后放入超声波清洗器中，加入丙酮，清洗15min，随后用清洁布擦拭干净并常温干燥；将裁剪好的“金属布”材料紧贴于清洗后的黄铜表面上；

(2)钎焊连接：将装备好的试样整体平放于真空钎焊炉中，焊前设置炉子的真空度为6.0×10^-4Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至350℃，保温40min，再以10℃/min的速率升温钎焊温度1020℃，保温20min，再以6℃/min的速率冷却至 650℃，保温20min，最后随炉冷却至室温，取出被焊试样，即可制得该耐磨涂层。

性能检测：通过观察可知，不锈钢表面涂层成型佳，形成致密的界面结合，并对涂层材料表面进行多点测试可知，其硬度为372HRC，结合强度为454MPa。

实施例3

涂层原料包括如下原料：40％W粉末、40％Cu粉末、16％BNi2粉末和4％有机硅树脂粘结剂。有机硅树脂粘结剂包括如下原料：聚四氟乙烯45％、间苯二酚22％、聚乙烯亚胺7％、滑石粉16％、甲基三甲氧基硅烷7％、固化剂3％。

涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)按质量百分比称取W粉末、Cu粉末、BNi2粉末，并将其混合；

(2)将混合物装入自动搅拌设备器皿中，并加入有机硅树脂粘结剂，随后将器皿封闭，搅拌得均匀的混合体；

(3)将步骤(2)制得的混合金属粉末颗粒在自动轧辊设备进行轧制，首先初步调整轧辊与工作台距离，控制粘接布的厚度在3.0～5.0mm左右，进行初步轧辊30min成型；

(4)对粘接布再一次进行轧辊，再次调节轧辊与工作台之间的间距，控制高度为2.0～3.0mm，进行2～3次重复轧辊30min，对金属颗粒表面及金属颗粒之间的粘接剂产生挤压作用，粘接剂在挤压作用下形成纤维状；

(5)将轧辊与工作台之间的间距调节到所需“金属布”的厚度范围(厚度为0.5～2.0 mm)，对其正反两面进行5～6次重复轧辊30min，金属纤维形成一个纵横交错的立体蛛网式结构，金属颗粒镶嵌或包裹在粘接剂中，使分散的合金金属粉形成一个相互联系的整体，纤维状各个区间的金属颗粒均匀分布，轧辊形成柔性金属布。

该不锈钢表面涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)准备阶段：剪切20×10×0.5mm的金属布，并准备50×30×3mm的不锈钢基体。钎焊设备采用WZB-20真空钎焊炉，焊前，用砂纸研磨不锈钢表面，用酒精清洗后放入超声波清洗器中，加入丙酮，清洗15min，随后用清洁布擦拭干净并常温干燥；将裁剪好的“金属布”材料紧贴于清洗后的黄铜表面上；

(2)钎焊连接：将装备好的试样整体平放于真空钎焊炉中，焊前设置炉子的真空度为1.0×10^-4Pa的真空钎焊设备中，首先以10℃/min的速率升温至330℃，保温35min，再以10℃/min的速率升温钎焊温度1050℃，保温20min，再以6℃/min的速率冷却至 630℃，保温10min，最后随炉冷却至室温，取出被焊试样，即可制得该涂层。

性能检测：通过观察可知，不锈钢表面涂层成型佳，形成致密的界面结合，并对涂层材料表面进行多点测试可知，其硬度为230HRC，结合强度为335MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层的制备方法，该涂层按质量分数包括如下原料：纯W粉22~55 %、纯Cu粉20~55 %、BNi2粉末20~55%及有机硅树脂粘结剂3~5 %；所述W粉颗粒的直径为1~3微米，Cu粉颗粒的直径为4~5微米，BNi2粉末颗粒的直径为14~15微米；所述有机硅树脂粘结剂按质量分数包括如下原料：聚四氟乙烯42~50 %、间苯二酚18~24 %、聚乙烯亚胺6-8 %、滑石粉12-20%、甲基三甲氧基硅烷6-8 %、固化剂2-4%，其特征在于，包含以下步骤：

（1）按质量分数将W粉、Cu粉、BNi2粉末混合后，加入有机硅树脂粘结剂混匀，随后多次调整轧辊与工作台间的间隙进行反复轧制，制得金属布；

（2）将轧制的金属布紧贴于预处理后的不锈钢表面，先在300~350℃条件下保温反应30~40 min后，随后在980~1050 ℃条件下进行真空钎焊反应10~40 min，最后冷却至600~650℃，保温10~30 min后冷却至室温，即可制得不锈钢表面涂层。

2.根据权利要求1所述的用W粉、Cu粉、BNi2粉制备1Cr18Ni9不锈钢表面涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中轧制时调整轧辊与工作台间的初始间隙为3~5 mm，随后依次调整至2~3.0 mm及0.5~2.0 mm，每种间隙轧制15~30 min。