CN110747425A - 一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。技术方案是：硼化钼粉末为40～60wt％；硼化铬粉末为10～25wt％；Ni60合金粉末为24～42wt％。按超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于80～120℃条件下干燥12～48小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。所述基体的材质为硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金中的一种。本发明制备工艺简单和成本低廉，制备的超耐磨耐腐蚀涂层硬度高、耐磨性优异、耐腐蚀性能良好、使用寿命长和基体范围广，能满足苛刻的服役条件。

Description

一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于耐腐蚀涂层技术领域。具体涉及一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。
背景技术
硼化物陶瓷及其复合材料以其优异的物理化学特性成为最有发展前途的金属陶瓷，但由于二元硼化物在烧结过程中容易团聚，并与金属反应生成金属间化合物，从而降低金属液相对硼化物的润湿性，导致二元硼化物基金属陶瓷机械性能下降。
采用原位反应烧结合成法，使二元硼化物与金属发生反应生成三元硼化物，能获得硼化物细小且均匀分布的三元硼化物基金属陶瓷。该三元硼化物基金属陶瓷虽具有良好的耐磨损、耐腐蚀和耐高温等特性，但受限于其制备工艺，一般只能制得块体材料，导致原料消耗大、生产成本高。
Mo2FeB2基金属陶瓷是一类典型的三元硼化物基金属陶瓷，其特点是具有优异的耐磨性能(温永策,孙俊生,焦恩理,等.三元硼化物系堆焊合金的研究进展.精密成形工程,2017(05):95-102.)，但其耐腐蚀性能无法满足既有磨损又有腐蚀的工况。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种工艺简单和成本低廉的超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，用该方法制备的超耐磨耐腐蚀涂层硬度高、耐磨性优异和耐腐蚀性良好。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为40～60wt％，硼化铬粉末为10～25wt％，Ni60合金粉末为24～42wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于80～120℃条件下干燥12～48小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述喷涂工艺为火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、等离子喷涂、感应加热喷涂和激光喷涂中的一种。
所述基体的材质为硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金中的一种。
所述硼化钼粉末的纯度≥99％。
所述硼化铬粉末的纯度≥99％。
所述Ni60合金粉末的纯度≥99％。
所述湿磨的介质为无水乙醇、丙酮、己烷、四氯化碳和苯中的一种；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(5～10)∶1，所述磨球为硬质合金球和钢玉球中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以硼化钼、硼化铬和Ni60合金粉末为原料，来源广泛，成本低廉；本发明的制备方法是，将所述原料经混合、湿磨、干燥和喷涂，即得超耐磨耐腐蚀涂层，工艺简单。
本发明将干燥后的喷涂料喷涂在基体表面，喷涂时的温度在1000℃以上，喷涂料在高温下发生反应，生成Mo2FeB2和Mo2NiB2三元硼化物硬质相。由于这类三元硼化物硬质相具有极强的B-B共价键，使其物理化学性质非常优异。其中，Mo2FeB2三元硼化物硬质相具有极其优异的耐磨性能和良好的耐腐蚀性能；而Mo2NiB2三元硼化物硬质相具有极其优异的耐腐蚀性能、高的硬度和优良的耐磨性能。所制备的超耐磨耐腐蚀涂层适用于硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金等基体上，适用范围广。
本发明制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为900～1200HV；断裂韧性≥15.2MPa·m1/2；磨损失重量为2.4～5.2mg；耐腐蚀性评定为“A”。
因此，本发明制备工艺简单和成本低廉，制备的超耐磨耐腐蚀涂层硬度高、耐磨性优异、耐腐蚀性能良好、使用寿命长和基体范围广，能满足苛刻的服役条件。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本具体实施方式中：
所述喷涂工艺为火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、等离子喷涂、感应加热喷涂和激光喷涂中的一种。
所述基体的材质为硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金中的一种。
所述硼化钼粉末的纯度≥99％。
所述硼化铬粉末的纯度≥99％。
所述Ni60合金粉末的纯度≥99％。
实施例中不再赘述。
除另有说明外，本具体实施方式用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为40～44wt％，硼化铬粉末为18～25wt％，Ni60合金粉末为32～42wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于80～100℃条件下干燥36～48小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述湿磨的介质为无水乙醇；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(7～8)∶1；所述磨球为硬质合金球。
本实施例制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为940～1125HV；断裂韧性为17.2～20.5MPa·m1/2；磨损失重量为3.5～4.7mg；耐腐蚀性评定为“A”。
实施例2
一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为44～48wt％，硼化铬粉末为16～23wt％，Ni60合金粉末为30～39wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于90～110℃条件下干燥24～36小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述湿磨的介质为丙酮；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(6～7)∶1；所述磨球为钢玉球。
本实施例制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为900～1080HV；断裂韧性为17.6～21.2MPa·m1/2；磨损失重量为3.8～5.2mg；耐腐蚀性评定为“A”。
实施例3
一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为48～52wt％，硼化铬粉末为14～21wt％，Ni60合金粉末为28～36wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于100～120℃条件下干燥12～24小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述湿磨的介质为四氯化碳；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(9～10)∶1；所述磨球为钢玉球。
本实施例制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为990～1180HV；断裂韧性为15.8～18.8MPa·m1/2；磨损失重量为2.8～4.0mg；耐腐蚀性评定为“A”。
实施例4
一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为52～56wt％，硼化铬粉末为12～19wt％，Ni60合金粉末为26～33wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于90～110℃条件下干燥24～36小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述湿磨的介质为苯；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(5～6)∶1；所述磨球为钢玉球。
本实施例制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为1030～1200HV；断裂韧性为15.2～18.7MPa·m1/2；磨损失重量为2.4～3.6mg；耐腐蚀性评定为“A”。
实施例5
一种超耐磨耐腐蚀涂层及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为56～60wt％，硼化铬粉末为10～17wt％，Ni60合金粉末为24～30wt％。
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于100～120℃条件下干燥12～24小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层。
所述湿磨的介质为己烷；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(8～9)∶1；所述磨球为硬质合金球。
本实施例制备的超耐磨耐腐蚀涂层经检测：硬度为960～1150HV；断裂韧性为16.3～19.6MPa·m1/2；磨损失重量为3.0～4.5mg；耐腐蚀性评定为“A”。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式采用的原料为硼化钼、硼化铬和Ni60合金粉末，来源广泛，成本低廉；本具体实施方式的制备方法是，将原料经混合、球磨、干燥和喷涂，即得超耐磨耐腐蚀涂层，工艺简单。
本具体实施方式将干燥后的喷涂料喷涂在基体表面，喷涂时的温度在1000℃以上，喷涂料在高温下发生反应，生成Mo2FeB2和Mo2NiB2三元硼化物硬质相。由于这类三元硼化物硬质相具有极强的B-B共价键，使得其物理化学性质非常优异。其中，Mo2FeB2三元硼化物硬质相具有极其优异的耐磨性能和较好的耐腐蚀性能；而Mo2NiB2三元硼化物硬质相具有极其优异的耐腐蚀性能较高的硬度和耐磨性能。所制备的超耐磨耐腐蚀涂层可适用于硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金等基体上，适用范围广。
本具体实施方式制备的超耐磨耐腐蚀涂层经涂层检测：硬度为900～1200HV；断裂韧性≥15.2MPa·m1/2；磨损失重量为2.4～5.2mg；耐腐蚀性评定为“A”。
本具体实施方式所述涂层检测是按下述方法进行：
①硬度。利用显微硬度计(HXS-1000A)测量涂层硬度，载荷为30kgf，加载时间为15s。每个试样均测试5个点，取其算术平均值，即得硬度值(HV30)。
②断裂韧性。采用压痕法测定涂层的断裂韧性KIC，断裂韧性KIC按下式计算：
Figure BDA0002272924140000051
式(1)中：HV30表示硬度值，单位为MPa；
∑l为裂纹总长度，单位为mm。
③磨损失重量。采用UMT-TriboLab型多功能摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，摩擦副采用球形Si3N4，硬度为2200HV0.5，摩擦载荷为100N，摩擦副摆频为5Hz，磨损1h后在精度为0.0001g的电子天平上称重，取3次称重后的平均值。
④耐腐蚀性评定。在盛有质量浓度为3.5％的氯化钠溶液盐雾腐蚀试验箱中进行腐蚀试验，腐蚀30天。若涂层无锈斑，则其耐腐蚀性评定为“A”；若涂层有极少量锈斑，则其耐腐蚀性评定为“B”；若涂层有明显锈斑，则其耐腐蚀性评定为“C”。
因此，本具体实施方式制备工艺简单和成本低廉，制备的超耐磨耐腐蚀涂层硬度高、耐磨性优异、耐腐蚀性能良好、使用寿命长和基体范围广，能满足苛刻的服役条件。

Claims (6)

1.一种超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量是：硼化钼粉末为40～60wt％，硼化铬粉末为10～25wt％，Ni60合金粉末为24～42wt％；
按所述超耐磨耐腐蚀涂层的化学成分及其含量配料，混合，得混合料；将所述混合料在球磨机中湿磨至粒径小于5μm，在真空干燥箱中于80～120℃条件下干燥12～48小时，即得喷涂料；然后采用喷涂工艺将所述喷涂料喷涂于基体表面，制得超耐磨耐腐蚀涂层；
所述喷涂工艺为火焰喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、等离子喷涂、感应加热喷涂和激光喷涂中的一种；
所述基体的材质为硬质合金、碳钢、不锈钢、铸铁、铁基合金、镍基合金、钴基合金、铬基合金和钛基合金中的一种。
2.根据权利要求1所述超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于所述硼化钼粉末的纯度≥99％。
3.根据权利要求1所述超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于所述硼化铬粉末的纯度≥99％。
4.根据权利要求1所述超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于所述Ni60合金粉末的纯度≥99％。
5.根据权利要求1所述超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于所述湿磨的介质为无水乙醇、丙酮、己烷、四氯化碳和苯中的一种；所述湿磨的磨球与混合料的质量比为(5～10)∶1，所述磨球为硬质合金球和钢玉球中的一种。
6.一种超耐磨耐腐蚀涂层，其特征在于所述超耐磨耐腐蚀涂层是根据权利要求1～5项中任一项所述超耐磨耐腐蚀涂层的制备方法所制备的超耐磨耐腐蚀涂层。
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