CN112593182B - 一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法 - Google Patents

一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,包括如下步骤:步骤1.以粒度为0.5~5μm硼粉和铁粉为喷涂原料粉,原料粉中硼粉质量分数为5~15%;步骤2.将原料粉浸入乙醇,然后置于棒磨机中混合;步骤3.将经步骤2混合后的粉末置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中以氮气为等离子气体,气体流量为4000~6000L/h,气压为3.0~6.0MPa,调整电流为700~900A,控制电弧温度为4500~5500℃,送粉量0.2~0.5g/min,喷枪移动速度为40~60mm/min;步骤4.对喷涂后的涂层进行表面热处理,以强化涂层结合度。本发明提供的制备氮化硼耐磨涂层的方法,去除了制备喷涂粉末的高温烧结步骤,使工艺流程缩短,降低生产成本,同时制备的耐磨涂层效果好。

Description

一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域,具体涉及一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法。
背景技术
耐磨涂层通常指在基材表面涂敷具有耐摩擦力的防粘涂层或含有高耐磨性陶瓷颗粒的涂层,其中涂层中陶瓷颗粒的量要达到每1厘米长的涂层横截面上至少有3个颗粒。其用途是为了为降低物料对设备部件冲刷造成的磨损,在设备部件表面涂敷层耐磨材料起到保护设备部件基材的作用。耐磨涂层按成型工艺通常可分为化学粘接耐磨涂层和热喷涂耐磨涂层。
目前,热喷涂制备耐磨涂层及氮化物粉末的专利有很多,专利200810046930.5(申请号)提供了一种飞碟形纳米六方氮化硼粉末的制备方法,通过硼酸或三氧化二硼与氮的化合物经热处理得到氮化硼粉末;专利201080040377.X公开了一种热喷涂粉末,将碳化钨或碳化铬及铁基合金烧结形成粒状喷涂粉料;专利201610286598.4涉及一种硼化锆等离子喷涂原料及其制备方法,将硼化锆粉末和碳化硼混合高温烧结制成喷涂原料;专利201480005501.7公开了制备含氮化铬的喷涂粉末的方法,将氮化铬与镍、钴、铁合金混合烧结制备喷涂原料;专利201910716226.4提供了一种等离子耐磨层的喷涂方法,对待喷涂表面预热,采用两次喷涂,制备镍磷合金层,再对涂层进行热处理。
本发明采用高纯硼粉和铁粉作为原料,同上述已公开专利相比,去除了高温烧结步骤,借助等离子喷涂电弧产生4000℃以上的高温将硼粉与铁粉在氮气中融化,使材料表面通过一次喷涂即可形成氮化硼陶瓷涂层,本发明不仅流程短而且降低成本,且实现了较好的耐磨效果。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,能够有效的提高铁基合金工件表面的硬度和耐磨性,同时较其他喷涂工艺相比生产成本明显降低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,包括如下步骤:
步骤1.以粒度为0.5~5μm硼粉和铁粉为喷涂原料粉,原料粉中硼粉质量分数为5~15%;
步骤2.将原料粉浸入乙醇,然后置于棒磨机中混合,转速为5~10r/min,充填率为50%~80%,混合时间为每克原料粉2~5min;
步骤3.将经步骤2混合后的粉末置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中以纯氮气为等离子气体,等离子气体流量为4000~6000L/h,等离子气压为3.0~6.0MPa,调整电流为700~900A,控制电弧温度为4500~5500℃,送粉量0.2~0.5g/min,喷枪移动速度为40~60mm/min;
步骤4.对喷涂后的涂层进行表面热处理,以强化涂层结合度,其中热处理条件为:控制表面温度为400~600℃,保温12~24h。
进一步地,步骤1中硼粉纯度≥99%,铁粉纯度≥99%,且硼粉和铁粉皆经过充分的干燥处理。
进一步地,步骤1中硼粉和铁粉的粒度优选为1~2μm,原料粉中硼粉质量分数为7.5%。
进一步地,步骤2中乙醇与原料粉的体积比为(30~50):1,且乙醇采用分析纯试剂。
进一步地,步骤2中乙醇与原料粉的体积比优选为45:1,球磨机转速为7r/min,充填率为60%。
进一步地,步骤3喷涂时通过送粉器向喷枪供给粉末,采用氮气为送粉气。
进一步地,步骤3喷涂时送粉量优选为0.35g/min,喷枪移动速度为50mm/min。
进一步地,步骤3中待喷涂材料为铁合金,喷涂前,待喷涂材料的待喷涂区域需经表面清洗除锈处理,并采用高压气枪喷砂对待喷区域进行强化处理,气压为15~25MPa,喷砂采用98%以上纯度的石英砂。
进一步地,步骤3喷涂后的涂层厚度为300~600μm,优选为550μm。
进一步地,步骤4热处理时,优选为表面温度为550℃,保温时间为20h。
本发明采用热喷涂法制备耐磨涂层,即采用等离子喷涂设备,以高纯的硼粉和铁粉为原料,在金属表面形成氮化硼陶瓷硬质耐磨颗粒,达到提高表面耐磨性的目的。硼粉和铁粉作为喷涂原料,借助等离子喷涂电弧产生4000℃以上的高温将硼粉与铁粉在氮气中融化,去除了制备喷涂粉末的高温烧结步骤,使工艺流程缩短,降低生产成本,同时制备的耐磨涂层效果好。
与现有技术相比,本发明的优点及有益效果是:
1、本发明选择以硼粉和铁粉作为喷涂原料,较其他同类型专利方法降低了原料成本;
2、本发明去除了原料粉末的高温烧结步骤,缩短了工艺流程,降低了生产成本;
3、采用本发明所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,可以较好的提高金属表面的耐磨性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的涂层形貌;
图2为本发明实施例2制备的涂层形貌;
图3为本发明实施例3制备的涂层形貌。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,包括以下步骤:
第一步,选硼粉和铁粉为喷涂原料粉,其中硼粉质量分数为7.5%;硼粉纯度≥99%,铁粉纯度≥99%,硼粉和铁粉的粒度为0.5~3μm,原料粉经过充分干燥处理,;
第二步,待喷涂材料为铁合金,待喷涂区域经表面清洗除锈处理,采用高压气枪喷砂对待喷区域进行强化处理,气压为16MPa,喷砂采用98%以上纯度的石英砂;
第三步,将原料粉浸入乙醇(分析纯),并进行棒磨机混合,乙醇与原料粉的体积比为45:1;选择低转速棒磨机,转速为5r/min,充填率为55%;混合时间为每克原料粉2min;
第四步,将混合后的粉末置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中选纯氮气为等离子气体,其中等离子气体流量为4500L/h,等离子气压为3.2MPa,调整电流为710A,使电弧温度控制在4600℃;通过送粉器向喷枪供给粉末,采用氮气送粉,送粉量0.2g/min,喷枪移动速度为43mm/min;
第五步,待喷区域喷涂后,涂层厚度为330μm,经表面热处理强化涂层结合度,表面温度达到450℃,保温24h后取出。
实施例1制备的涂层形貌如图1所示,制备过程中硼粉和铁粉经过等离子电弧加热后瞬间熔解后成片状覆盖在基体上形成涂层,并在熔解过程中与氮气在涂层内部形成氮化硼耐磨颗粒,提高耐磨性能,经检测,基体磨损率降低了32%。
实施例2
一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,包括以下步骤:
第一步,选硼粉和铁粉为喷涂原料粉,其中硼粉质量分数为14%;硼粉纯度≥99%,铁粉纯度≥99%,硼粉和铁粉的粒度为2~5μm,原料粉经过充分干燥处理;
第二步,待喷涂材料为铁合金,待喷涂区域经表面清洗除锈处理,采用高压气枪喷砂对待喷区域进行强化处理,气压为24MPa,喷砂采用98%以上纯度的石英砂;
第三步,将原料粉浸入乙醇(分析纯),并进行棒磨机混合,乙醇与原料粉的体积比为47:1;选择低转速棒磨机,转速为8.5r/min,充填率为74%;混合时间为每克原料粉5min;
第四步,将混合后的粉末置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中选纯氮气为等离子气体,其中等离子气体流量为6000L/h,等离子气压为5.5MPa,调整电流为890A,使电弧温度控制在5300℃;通过送粉器向喷枪供给粉末,采用氮气送粉,送粉量0.45g/min,喷枪移动速度为58mm/min;
第五步,待喷区域喷涂后,涂层厚度为550μm,经表面热处理强化涂层结合度,表面温度达到550℃,保温20h后取出。
实施例2制备的涂层形貌如图2所示,制备过程中硼粉和铁粉经过等离子电弧加热后瞬间熔解后成片状覆盖在基体上形成涂层,并在熔解过程中与氮气在涂层内部形成氮化硼耐磨颗粒,提高耐磨性能,经检测,基体材料的磨损率降低了30%。
实施例3
一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,包括以下步骤:
第一步,选硼粉和铁粉为原料粉,其中硼粉质量分数为11%;硼粉纯度≥99%,铁粉纯度≥99%,硼粉和铁粉的粒度为1~2μm,原料粉经过充分干燥处理;
第二步,待喷涂材料为铁合金,待喷涂区域经表面清洗除锈处理,采用高压气枪喷砂对待喷区域进行强化处理,气压为20MPa,喷砂采用98%以上纯度的石英砂;
第三步,将硼粉和铁粉浸入乙醇(分析纯),并进行棒磨机混合,乙醇与原料粉的体积比为42:1;选择低转速棒磨机,转速为7r/min,充填率为60%;混合时间为每克原料粉3min;
第四步,将混合后的粉末置于置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中选纯氮气为等离子气体,其中等离子气体流量为5000L/h,等离子气压为4.5MPa,调整电流为800A,使电弧温度控制在5000℃;通过送粉器向喷枪供给粉末,采用氮气送粉,送粉量0.35g/min,喷枪移动速度为50mm/min;
第五步,待喷区域喷涂后,涂层厚度为500μm,经表面热处理强化涂层结合度,表面温度达到520℃,保温18h后取出。
实施例3制备的涂层形貌如图3所示,制备过程中大部分硼粉和铁粉经离子电弧加热瞬间熔解后成片状覆盖在基体表面形成涂层,并在熔解过程中与氮气在涂层内部形成氮化硼耐磨颗粒,提高耐磨性能,个别粉末颗粒熔解后形成液相球附着在涂层表面,经检测,基体材料的磨损率降低了29%。
以上技术方案阐述了本发明的技术思路,不能以此限定本发明的保护范围,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1.以粒度为0.5~5μm硼粉和铁粉为喷涂原料粉,原料粉中硼粉质量分数为5~15%;
步骤2.将原料粉浸入乙醇,然后置于棒磨机中混合,转速为5~10r/min,充填率为50%~80%,混合时间为每克原料粉2~5min;
步骤3.将经步骤2混合后的粉末置于等离子喷涂设备内,对待喷涂材料进行喷涂,喷涂过程中以纯氮气为等离子气体,等离子气体流量为4000~6000L/h,等离子气压为3.0~6.0MPa,调整电流为700~900A,控制电弧温度为4500~5500℃,送粉量0.2~0.5g/min,喷枪移动速度为40~60mm/min;
步骤4.对喷涂后的涂层进行表面热处理,热处理条件为:控制表面温度为400~600℃,保温12~24h。
2.根据权利要求1所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,步骤1中硼粉纯度≥99%,铁粉纯度≥99%,且硼粉和铁粉皆经过充分的干燥处理。
3.根据权利要求1所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,步骤2中乙醇与原料粉的体积比为(30~50):1,且乙醇采用分析纯试剂。
4.根据权利要求1所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,步骤3喷涂时通过送粉器向喷枪供给粉末,采用氮气为送粉气。
5.根据权利要求1所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,步骤3中待喷涂材料为铁合金,喷涂前,待喷涂材料的待喷涂区域需经表面清洗除锈处理,并采用高压气枪喷砂对待喷区域进行强化处理,气压为15~25MPa,喷砂采用98%以上纯度的石英砂。
6.根据权利要求1所述的一种热喷涂制备氮化硼耐磨涂层的方法,其特征在于,步骤3喷涂后的涂层厚度为300~600μm。
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