CN112609147B - 一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，包括如下步骤：步骤1.以粒度为0.5～5μm的硼铁合金粉末，和粒度为1～10μm的金属铬粉末为喷涂原料；步骤2.将原料粉末浸入乙醇，然后置于棒磨机中混合，转速为10～20r/min，充填率为30％～45％，混合时间为每克原料粉末2～5min；步骤3.将步骤2混合后的粉末置于喷涂设备内，对待喷涂材料进行喷涂，喷涂过程中以氮气为等离子气体，等离子气体流量为3000～5000L/h，等离子气压为2.0～4.0MPa，调整电流为500～900A，控制电弧温度控制为3000～4000℃，送粉量0.1～0.6g/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。本发明以硼铁和金属铬作为喷涂原料，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
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，具体涉及一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法。
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。本专利采用的是热喷涂耐磨涂层法，即采用等离子喷涂在金属表面喷涂形成氮化硼和氮化钒陶瓷硬质耐磨颗粒，达到提高表面耐磨性的目的。
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。
可以看出目前耐磨涂层的制备多采用高温烧结或者多次喷涂的方式，工艺复杂且成本高，本发明采用硼铁合金和金属铬作为原料，去除了高温烧结步骤，通过一次喷涂即可在表面形成氮化硼和氮化铬涂层，该方法不仅流程短而且降低成本，且具有较好的耐磨效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，通过等离子复合喷涂工艺，同时在表面形成氮化硼和氮化铬耐磨涂层，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：一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，包括如下步骤：
步骤1.以粒度为0.5～5μm的硼铁合金粉末，和粒度为1～10μm的金属铬粉末为喷涂原料，原料中硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比为(3～5):1；
步骤2.将原料粉末浸入乙醇，然后置于棒磨机中混合，转速为10～20r/min，充填率为30％～45％，混合时间为每克原料粉末2～5min；
步骤3.将步骤2混合后的粉末置于喷涂设备内，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3000～5000L/h，等离子气压为2.0～4.0MPa，调整电流为500～900A，控制电弧温度为3000～4000℃，送粉量0.1～0.6g/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24～36h。
进一步地，以质量分数计，步骤1中硼铁合金中各组分含量为：硼含量38.0～58.0％，碳含量＜0.8％，硅含量5.0～8.0％，铝含量5.0～8.0％，硫含量＜0.01％，磷含量＜0.01％，杂质含量＜0.01％，其余为Fe；金属铬中铬含量＞99％。
进一步地，硼铁合金中硼含量优选为55.0％，金属铬中铬含量优选为99.8％，硼铁合金粉末粒度为1～3μm，金属铬粉末粒度为3～6μm，硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比优选为4.5:1。
进一步地，步骤2中乙醇与原料粉末的体积比为(10～20):1，优选为18:1，且乙醇采用分析纯试剂。
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150～250μm，优选为200μm。
进一步地，步骤4热处理条件优选为：表面温度550℃，保温时间30h。
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，以硼铁和金属铬粉末为原料，在金属表面形成氮化硼和氮化铬陶瓷硬质耐磨颗粒，达到提高表面耐磨性的目的。硼铁和金属铬作为喷涂原料，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、本发明选择以硼铁合金和金属铬作为喷涂原料，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等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，可以较好的提高金属表面的耐磨性。
附图说明
图1为实施例1制备的耐磨涂层形貌；
图2为实施例2制备的耐磨涂层形貌；
图3为实施例3制备的耐磨涂层形貌。
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
一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤1.选硼铁合金和金属铬，以质量分数计，硼铁合金中硼含量41.2％，碳含量0.75％，硅含量5.71％，铝含量5.84％，硫含量＜0.01％，磷含量＜0.01％，杂质含量＜0.01％，其余为Fe；金属铬中铬含量99.25％；将硼铁合金和金属铬分别喷雾干燥后，分别破碎并球磨至粉末，筛选出粒度为0.5～2μm的硼铁合金粉末和粒度为1～5μm的金属铬粉末为喷涂原料，原料中硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比为3.5:1；
步骤2.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17MPa，喷砂采用98％以上纯度的石英砂；
步骤3.将原料浸入乙醇(分析纯)，并进行棒磨机混合，乙醇与原料粉末的体积比为15:1，选择低转速棒磨机，转速为14r/min，充填率为33％；混合时间为每克原料粉末2min；
步骤4.将混合后的粉末置于喷涂设备内，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，等离子气体流量为3400L/h，等离子气压为2.3MPa，调整电流为550A，使电弧温度控制在3400℃；将混合粉末通过送粉器向喷枪供给粉末，采用氮气送粉，送粉量为0.15g/min；
步骤5.待喷区域喷涂后，涂层厚度为170μm，经表面热处理强化涂层结合度，表面温度达到450℃，保温26h后取出。
实施例2
一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤1.选硼铁合金和金属铬，以质量分数计，硼铁合金中硼含量56.5％，碳含量0.6％，硅含量7.2％，铝含量7.5％，硫含量＜0.01％，磷含量＜0.01％，杂质含量＜0.01％，其余为Fe；金属铬中铬含量99.8％；将硼铁合金和金属铬分别喷雾干燥后，分别破碎并球磨至粉末，筛选出粒度为3～5μm的硼铁合金粉末和粒度为5～10μm的金属铬粉末为喷涂原料，原料中硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比为4.5:1；
步骤2.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23MPa，喷砂采用98％以上纯度的石英砂；
步骤3.将原料浸入乙醇(分析纯)，并进行棒磨机混合，乙醇与原料粉末的体积比为18:1；选择低转速棒磨机，转速为17r/min，充填率为42％；混合时间为每克原料粉末4min；
步骤4.将混合后的粉末置于喷涂设备内，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，等离子气体流量为4600L/h，等离子气压为3.6MPa，调整电流为850A，使电弧温度控制在3800℃；将混合粉末通过送粉器向喷枪供给粉末，采用氮气送粉，送粉量为0.5g/min；
步骤5.待喷区域喷涂后，涂层厚度为220μm，经表面热处理强化涂层结合度，表面温度达到550℃，保温30h后取出。
实施例3
一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤1.选硼铁合金和金属铬，以质量分数计，硼铁合金中硼含量55.0％，碳含量0.68％，硅含量6.45％，铝含量6.98％，硫含量＜0.01％，磷含量＜0.01％，杂质含量＜0.01％，其余为Fe；金属铬中铬含量99.9％；将硼铁合金和金属铬分别喷雾干燥后，分别破碎并球磨至粉末，筛选出粒度为1～3μm的硼铁合金粉末和粒度为3～6μm的金属铬粉末为喷涂原料，原料中硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比为4.1:1；
步骤2.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21MPa，喷砂采用98％以上纯度的石英砂；
步骤3.将原料粉末浸入乙醇(分析纯)，并进行棒磨机混合，乙醇与原料粉末的体积比为16:1；选择低转速棒磨机，转速为14r/min，充填率为39％；混合时间为每克原料粉末3.5min；
步骤4.将混合后的粉末置于喷涂设备内，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，气体流量为4200L/h，气压为3.2MPa，调整电流为720A，使电弧温度控制在3600℃；将混合粉末通过送粉器向喷枪供给粉末，采用氮气送粉，送粉量0.35g/min；
步骤5.待喷区域喷涂后，涂层厚度为200μm，经表面热处理强化涂层结合度，表面温度达到500℃，保温29h后取出。
实施例1、2、3制备的涂层形貌分别如图1、2、3所示，制备过程中硼铁合金和金属铬粉末经等离子电弧加热熔解后撞击基体表面形成片状累积涂层，并在熔解过程中与氮气在涂层内部形成氮化硼和氮化铬陶瓷硬质耐磨颗粒，使基体具备耐磨特性。
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 (5)
1.一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.以粒度为0.5~5μm的硼铁合金粉末，和粒度为1~10μm的金属铬粉末为喷涂原料，原料中硼铁合金粉末与金属铬粉末质量比为（3~5）: 1；以质量分数计，硼铁合金中各组分含量为：硼含量38.0~58.0%，碳含量＜0.8%，硅含量5.0~8.0%，铝含量5.0~8.0%，硫含量＜0.01%，磷含量＜0.01%，杂质含量＜0.01%，其余为Fe；金属铬中铬含量＞99%；
步骤2.将原料粉末浸入乙醇，然后置于棒磨机中混合，转速为10~20r/min，充填率为30%~45%，混合时间为每克原料粉末2~5min；
步骤3.将步骤2混合后的粉末置于喷涂设备内，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3000~5000L/h，等离子气压为2.0~4.0MPa，调整电流为500~900A，控制电弧温度为3000~4000℃，送粉量0.1~0.6g/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24~36h。
2.根据权利要求1所述的一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤2中乙醇与原料粉末的体积比为（10~20）: 1，且乙醇采用分析纯试剂。
3.根据权利要求1所述的一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，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15~25 MPa，喷砂采用98%以上纯度的石英砂。
5.根据权利要求1所述的一种等离子复合喷涂制备耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤3喷涂后的涂层厚度为150~250μm。
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