CN110066993A - 一种不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法和用途；所述不锈钢复合粉能喷涂在金属和塑胶表面，且经喷涂后在基材表面形成的涂层的含氧量≤0.05％，不含0，维氏硬度为160‑280，且所得的涂层可通过附着力测试和48h盐雾测试。

Description

一种不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法和用途
技术领域
本发明涉及喷涂材料领域，尤其涉及一种不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法和用途。
背景技术
热喷涂技术是一种采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源，将粉末状或丝状的金属、合金、陶瓷、氧化物、碳化物、塑料、尼龙以及它们的复合材料，加热到熔融或半熔融状态，通过热源自身的动力，或外加高速气流使其雾化，以一定的速度喷向经过预处理的工件表面，形成附着牢固的表面层的加工方法。
冷喷涂是一种创新的喷涂技术，不将粉末材料溶融或气化，以超音速流保持原来固相状态使其冲击向基材而形成皮膜的一种技术，在超音速冲击下的粉末材料，超越临界速度的粒子本体会产生塑性变形而形成皮膜。材料不会受热的影响而产生特性变化，皮膜的氧化可以控制到最小限度。
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上述方案虽然提供了一些不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法，但仍存在着所述喷涂材料在基材表面形成的涂层的附着力不足，耐腐蚀性差的问题，因此开发一种喷涂后涂层在金属及塑胶基材表面均具有较强的附着力和较高的表面硬度的不锈钢复合粉仍具有重要意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种不锈钢复合粉及其制备方法、喷涂方法和用途；所述不锈钢复合粉能喷涂在金属和塑胶表面，且经喷涂后在基材表面形成的涂层的含氧量≤0.05％，不含0，维氏硬度为160-280，所得涂层可通过附着力测试和48h的盐雾测试。
本发明所述涂层可通过附着力测试的含义是指所述涂层经附着力测试后，其测试等级为4B及以上。
本发明所述涂层可通过48h的盐雾测试的含义是指将涂层经48h的盐雾测试后，其附着力等级仍在3B及以上。
为达此目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种不锈钢复合粉，其按质量百分含量包括以下组分：
优选地，所述不锈钢复合粉按质量百分含量包括以下组分：
优选地，所述SuS316L为不锈钢粉，按质量百分含量包括以下组分：
其中杂质元素C<0.2％，P<0.1％，S<0.2％，其他杂质<0.05％。
优选地，所述SuS316L为经消磁的SuS316L粉。
优选地，所述不锈钢复合粉中包含SuS316L粉、Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉，优选为SuS316L粉、Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的混合物。
优选地，所述不锈钢复合粉中还包含喷涂粉料制备过程中可添加的微量元素。
本发明所述的不锈钢复合粉通过向SuS316L粉中加入Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉使得所述不锈钢复合粉在喷涂到基材表面后的涂层的抗腐蚀性能、与基材的结合强度均有所增强；所述不锈钢复合粉能适用于金属和塑胶表面的喷涂。
以所述不锈钢复合粉的质量为100％计，本发明控制不锈钢复合粉中SuS316L的质量百分含量为92％-98％，例如92％、93.2％、94.5％、95％、95.8％、96.5％、97％、97.5％或98％等；Cu的质量百分含量为1％-3％，例如1％、1.2％、1.5％、1.8％、2.1％、2.3％、2.6％、2.8％或3％等；P的质量百分含量为0.02％-0.2％，例如0.02％、0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.15％、0.17％或0.2％等；S的质量百分含量为0.1％-0.5％；例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等；CaCO3的质量百分含量为2％-3％，例如2％、2.1％、2.3％、2.5％、2.7％、2.9％或3％等。
本发明通过采用上述组分质量百分含量进行配比，各组分间可发挥协同增效作用，其能够更好地实现在金属和塑胶表面的喷涂，且经喷涂后在基材表面形成的涂层的含氧量≤0.05％，不含0，且所得的涂层可通过附着力测试和48h的盐雾测试。
优选地，所述不锈钢复合粉的颗粒径长为15μm-50μm，例如15μm、20μm、23μm、25μm、30μm、35μm、38μm、45μm或50μm等，优选为23μm-30μm。
优选地，所述不锈钢复合粉的粉末形状包括球形粉和/或凹型粉；优选为凹型粉。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述的不锈钢复合粉的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将SuS316L不锈钢加热气化为气体；
(2)将步骤(1)得到气体雾化冷凝；
(3)将步骤(2)得到产物进行筛分；
(4)将步骤(3)得到的产物进行消磁处理得到经消磁的SuS316L粉；
(5)将步骤(4)得到的经消磁的SuS316L粉与Cu粉、P粉、CaCO3粉和S粉混合，得到所述不锈钢复合粉。
优选地，步骤(4)所述消磁处理的方法包括加热消磁。
优选地，所述加热消磁的温度为800-1300℃，例如800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃或1300℃等。
第三方面，本发明还提供了如第一方面所述的不锈钢复合粉的喷涂方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热；
(b)利用喷枪将步骤(a)得到的产物在气压的作用下喷射到基材表面，在基材表面形成涂层。
优选地，步骤(a)所述的不锈钢复合粉加热的温度为100℃-1600℃，例如100℃、200℃、400℃、500℃、600℃、800℃、1000℃、1200℃、1400℃或1600℃等，优选为900℃-1400℃。
优选地，步骤(b)所述喷枪与基材间的距离为150mm-300mm；例如150mm、175mm、200mm、215mm、225mm、245mm、265mm、285mm或300mm等，优选为175mm-225mm；进一步优选为200mm。
优选地，步骤(b)所述气压的压力为4-25kgf/cm2，例如4kgf/cm2、6kgf/cm2、8kgf/cm2、10kgf/cm2、12kgf/cm2、15kgf/cm2、17kgf/cm2、20kgf/cm2、22kgf/cm2或25kgf/cm2等，优选为6-20kgf/cm2。
优选地，步骤(b)中产物喷射到基材表面的温度为20℃-80℃，例如20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃等。
优选地，步骤(b)所述涂层的厚度为0.02mm-0.50mm，例如0.02mm、0.05mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm或0.5mm等，优选为0.05mm-0.3mm。
优选地，步骤(b)所述涂层的面积≥1mm2，例如1mm2、5mm2、10mm2、15mm2、20mm2、50mm2或100mm2等。
优选地，步骤(b)所述涂层的维氏硬度为160-280，例如165、170、180、190、200、210、220、230、240、250、260或270等。
优选地，步骤(b)所述涂层的含氧量≤0.05％，不含0，例如0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或0.05％等。
作为本发明优选的技术方案，所述喷涂方法包括以下步骤：
(a＇)将不锈钢复合粉加热至900℃-1400℃；
(b＇)喷枪距离基材150-300mm的条件下，利用喷枪将步骤(a＇)得到的产物在压力为6-20kgf/cm2的气压的作用下喷射到基材表面，并在基材表面形成涂层，所述产物喷射到基材表面的温度为20℃-80℃。
第四方面，本发明还提供了第一方面所述的不锈钢复合粉作为喷涂材料的用途。
优选地，所述喷涂材料适用的基材包括金属和塑胶，优选为铝合金和塑胶，进一步优选为铝合金。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明所述不锈钢复合粉喷涂所得涂层能通过附着力测试和48h的盐雾测试；且其适用于金属和塑胶表面的喷涂；尤其适合在铝合金表面的喷涂；
2、本发明所述不锈钢复合粉喷涂所得涂层在基材表面的附着力和抗腐蚀性明显优于单纯SuS316L粉喷涂所得涂层在基材表面的附着力和抗腐蚀性。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例选用不锈钢复合粉中经消磁的SuS316L粉的质量百分含量为93.3％，Cu粉的质量百分含量为3％，P粉的质量百分含量为0.2％，S粉的质量百分含量为0.5％，CaCO3粉的质量百分含量为3％。
不锈钢复合粉的制备方法包括如下步骤：
(1)将SuS316L不锈钢加热气化为气体；
(2)将步骤(1)得到气体雾化冷凝；
(3)将步骤(2)得到产物进行筛分得到颗粒径长23μm-30μm的SuS316L粉；
(4)将步骤(3)得到的产物在1200℃条件下进行消磁处理得到经消磁的SuS316L粉；
(5)将Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉与步骤(3)得到的经消磁的SuS316L粉混合。
本实施例制备得到的不锈钢复合粉中的Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的颗粒径长均为23μm-30μm。
本实施例选用铝合金作为基材，喷涂方法具体包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热至1400℃；
(b)喷枪距离基材200mm的条件下，利用喷枪将步骤(a)得到的产物在压力为15kgf/cm2的气压的作用下喷射到基材表面，所述产物到达基材表面的温度为40℃，得到涂层的厚度为0.05mm。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例2
本实施例选用不锈钢复合粉中经消磁的SuS316L粉的质量百分含量为96.8％，Cu粉的质量百分含量为1％，P粉的质量百分含量为0.1％，S粉的质量百分含量为0.1％，CaCO3粉的质量百分含量为2％；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例3
本实施例选用不锈钢复合粉中经消磁的SuS316L粉的质量百分含量为94.1％，Cu粉的质量百分含量为2.6％，P粉的质量百分含量为0.15％，S粉的质量百分含量为0.45％，CaCO3粉的质量百分含量为2.7％；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例4
本实施例选用不锈钢复合粉中经消磁的SuS316L粉的质量百分含量为95.8％，Cu粉的质量百分含量为1.6％，P粉的质量百分含量为0.1％，S粉的质量百分含量为0.2％，CaCO3粉的质量百分含量为2.3％；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例5
本实施例与实施例1相比，将实施例1中的经消磁的SuS316L粉的颗粒径长替换为15μm-20μm，Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的颗粒径长均为15μm-20μm；其他条件与实施例1相比完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例6
本实施例与实施例1相比，将实施例1中的经消磁的SuS316L粉的颗粒径长替换为45μm-50μm，Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的颗粒径长均为45μm-50μm；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例7
本实施例与实施例1相比，将实施例1中的经消磁的SuS316L粉的颗粒径长替换为1μm-10μm，Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的颗粒径长均为1μm-10μm；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例8
本实施例与实施例1相比，将实施例1中的经消磁的SuS316L粉的颗粒径长替换为60μm-80μm，Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的颗粒径长均为60μm-80μm；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例9
本实施例喷涂的不锈钢复合粉及基材与实施例1完全相同。
本实施例的喷涂方法包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热至900℃；
(b)喷枪距离基材200mm的条件下，利用喷枪将步骤(a)得到的产物在压力为15kgf/cm2的气压的作用下喷射到基材表面，所述产物到达基材表面的温度为40℃，得到涂层的厚度为0.05mm。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例10
本实施例喷涂的不锈钢复合粉及基材与实施例1完全相同。
本实施例的喷涂方法包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热至100℃；
(b)喷枪距离基材150mm的条件下，利用喷枪将步骤(a)得到的产物在压力为6kgf/cm2的气压的作用下喷射到基材表面，所述产物到达基材表面的温度为20℃，得到涂层的厚度为0.05mm。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例11
本实施例的喷涂的不锈钢复合粉及基材与实施例1完全相同。
本实施例的喷涂方法包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热至1600℃；
(b)喷枪距离基材300mm的条件下，利用喷枪将步骤(a)得到的产物在压力为20kgf/cm2的气压的作用下喷射到不锈钢表面，所述产物到达基材表面的温度为80℃，得到涂层的厚度为0.05mm。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例12
本实施例将实施例1中的基材由铝合金替换为塑胶；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
实施例13
本实施例将实施例1中的基材由铝合金替换为铜；其他条件与实施例1完全相同。
对本实施例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例1
本对比例仅采用实施例1中的经消磁的SuS316L粉，不包含Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉；其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例2
与实施例1相比，本对比例采用的不锈钢复合粉中不含Cu粉，并用等质量的经消磁的SuS316L粉代替，即将经消磁的SuS316L粉的质量百分含量由93.3％调整为96.3％，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例3
与实施例1相比，本对比例采用的不锈钢复合粉中不含P粉，并用等质量的经消磁的SuS316L粉代替，即将经消磁的SuS316L粉的质量百分含量由93.3％调整为93.5％，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例4
与实施例1相比，本对比例采用的不锈钢复合粉中不含CaCO3粉，并用等质量的经消磁的SuS316L粉代替，即将经消磁的SuS316L粉的质量百分含量由93.3％调整为96.3％，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例5
与实施例1相比，本对比例采用的不锈钢复合粉中不含S粉，并用等质量的经消磁的SuS316L粉代替，即将经消磁的SuS316L粉的质量百分含量由93.3％调整为93.8％，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例6
与实施例1相比，本对比例选用不锈钢复合粉中经消磁的SuS316L粉的质量百分含量为90％，Cu粉的质量百分含量为5％，P粉的质量百分含量为0.5％，S粉的质量百分含量为1％，CaCO3粉的质量百分含量为3.5％，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
对比例7
本对比例与实施例1相比的区别在于，制备不锈钢复合粉的过程中不进行步骤(4)所述消磁处理，即以未经消磁的SuS316L粉代替经消磁的SuS316L粉，其他条件与实施例1相比完全相同。
对本对比例所得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的结果见表1。
性能测试：
对实施例1-13和对比例1-7制备得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的方法如下：
(a)硬度测试：采用显微维氏硬度计，测试头选择金刚石正四棱锥压头，压力F＝0.3Kgf，保压10s。
(b)对实施例1-13及对比例1-7所得喷涂涂层进行附着力测试的方法，所述方法包括将涂层表面清洗干净，利用锋利刀片(刀锋角度为25°，刀片厚度0.43mm)在测试涂层表面划10×10个1mm×1mm小网格；每一条划线应深及涂层的底层；用毛刷将测试区域的碎片刷干净；用粘附力10N/25mm的胶带(NICHIBAN CT405AP-24胶纸)牢牢粘住被测试小网格，并用指甲压胶带(注意指甲不能破坏胶带)，赶走胶带与涂层之间的气泡，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度；静置90s后，用手抓住胶带一端，在60°方向，0.5s～1s内扯下胶纸，之后用5倍放大镜检查涂层的脱落情况。
附着力判断标准：将附着力优劣分为6个等级，由优到劣依次为5B、4B、3B、2B、1B和0B；上述等级的含义如下：
(c)对实施例1-13和对比例1-7所得喷涂涂层进行盐雾测试的方法；所述方法包括：在35℃±2℃的密闭环境中，湿度>85％，pH值在6.5-7.2范围内，用5％的NaCl溶液连续48h对涂层表面进行盐水喷雾；之后用35℃温水冲洗，并用无尘布擦拭干净，常温放置2小时后，将所得样品进行附着力测试。
对实施例1-13和对比例1-6制备得到的涂层进行硬度测试、附着力测试和盐雾测试的测试结果如表1所示。
表1
由上表可以看出，本发明所述不锈钢复合粉经喷涂形成的涂层的硬度较高，其维氏硬度在160-280，且附着力测试结果显示，所述涂层在基材表面的附着力较强，其抗腐蚀能力也明显增强，在盐雾测试48h后，涂层在基材表面的附着力变化不大。
对比实施例1-4和对比例6可以看出，在本发明所述的不锈钢复合粉的组成范围内，其形成的涂层的硬度均较高，且在基材表面的附着力较强，经盐雾测试后，其附着力下降较小；且最佳的不锈钢复合粉的组成为所述不锈钢复合粉中SuS316L粉的质量百分含量为94％-95.8％，Cu粉的质量百分含量为1.5％-2.6％，P粉的质量百分含量为0.1％-0.15％，S粉的质量百分含量为0.2％-0.45％，CaCO3粉的质量百分含量为2.3％-2.7％。
对比实施例1、5-8可以看出，在不锈钢复合粉的颗粒径长为15μm-50μm的条件下制备得到的涂层的硬度、附着力及抗腐蚀性均较好，且最佳的颗粒径长为23-30μm。
对比实施例1、12-13可以看出，本发明所述不锈钢复合粉适用于铝合金、塑胶和铜作为基材。其在上述基材表面喷涂形成的涂层的性能均较好。
对比实施例1、对比例1-5可以看出，本发明所述不锈钢复合粉中Cu粉、P粉、S粉和CaCO3粉的加入对于提高不锈钢复合粉喷涂形成的涂层的强度、附着力及耐腐蚀性均具有较大作用，当缺少上述组分中的一种，由其制备得到的涂层的性能均明显下降。
对比实施例1和对比例7可以看出，本发明所述不锈钢复合粉中采用消磁的SuS316L粉对于提高喷涂得到的涂层的强度、附着力及耐腐蚀性具有重要作用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种不锈钢复合粉，其特征在于，按质量百分含量包括以下组分：
2.如权利要求1所述的不锈钢复合粉，其特征在于，按质量百分含量包括以下组分：
3.如权利要求1或2所述的不锈钢复合粉，其特征在于，所述SuS316L为不锈钢粉，按质量百分含量包括以下组分：
其中杂质元素C<0.2％，P<0.1％，S<0.2％，其他杂质<0.05％；
优选地，所述SuS316L为经消磁的SuS316L粉。
4.如权利要求1-3任一项所述的不锈钢复合粉，其特征在于，所述不锈钢复合粉的颗粒径长为15μm-50μm，优选为23μm-30μm；
优选地，所述不锈钢复合粉的粉末形状包括球形粉和/或凹型粉；优选为凹型粉。
5.如权利要求1-4任一项所述的不锈钢复合粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将SuS316L不锈钢加热气化为气体；
(2)将步骤(1)得到气体雾化冷凝；
(3)将步骤(2)得到产物进行筛分；
(4)将步骤(3)得到的产物进行消磁处理得到经消磁的SuS316L粉；
(5)将步骤(4)得到的经消磁的SuS316L粉与Cu粉、P粉、CaCO3粉和S粉混合，得到所述不锈钢复合粉；
优选地，步骤(4)所述消磁处理的方法包括加热消磁；
优选地，所述加热消磁的温度为800-1300℃。
6.如权利要求1-4任一项所述的不锈钢复合粉的喷涂方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(a)将不锈钢复合粉加热；
(b)利用喷枪将步骤(a)得到的产物在气压的作用下喷射到基材表面，在基材表面形成涂层。
7.如权利要求6所述的喷涂方法，其特征在于，步骤(a)所述的不锈钢复合粉加热的温度为100℃-1600℃；优选为900℃-1400℃。
8.如权利要求6或7所述的喷涂方法，其特征在于，步骤(b)所述喷枪与基材间的距离为150mm-300mm；优选为175mm-225mm；进一步优选为200mm；
优选地，步骤(b)所述气压的压力为4-25kgf/cm2，优选为6-20kgf/cm2；
优选地，步骤(b)中产物喷射到基材表面的温度为20℃-80℃；
优选地，步骤(b)所述涂层的厚度为0.02mm-0.50mm，优选为0.05mm-0.3mm；
优选地，步骤(b)所述涂层的面积≥1mm2；
优选地，步骤(b)所述涂层的维氏硬度为160-280；
优选地，步骤(b)所述涂层的含氧量≤0.05％，不含0。
9.如权利要求6-8任一项所述的喷涂方法，其特征在于，所述喷涂方法包括以下步骤：
(a＇)将不锈钢复合粉加热至900℃-1400℃；
(b＇)喷枪距离基材150-300mm的条件下，利用喷枪将步骤(a＇)得到的产物在压力为6-20kgf/cm2的气压的作用下喷射到基材表面，并在基材表面形成涂层，所述产物喷射到基材表面的温度为20℃-80℃。
10.如权利要求1-4任一项所述的不锈钢复合粉作为喷涂材料的用途；
优选地，所述喷涂材料适用的基材包括金属和塑胶，优选为铝合金和塑胶，进一步优选为铝合金。
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