CN113373396B - 一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法。包括以下步骤；1)取粒径为40‑60μm的镍基或铁基自熔性合金粉末和长度为70‑100nm的无定形SiO2纤维状颗粒混合，前者和后者的质量比为7:3。2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层。3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温10‑30min；随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶‑纤维的涂层组织。无定形的SiO2纤维状颗粒的加入，得到纤维状结构的涂层，增加涂层强度和耐磨性能，用等离子喷涂及热处理后涂层中得到树枝晶‑纤维组织，树枝晶和无定形的SiO2纤维交叉存在，增强了涂层强度和耐磨性。

Description

一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及材料的表明处理领域，具体涉及一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法。
背景技术
表面处理是在基体材料表面上人工形成一层与基体的机械、物理和化学性能不同的表层的工艺方法，目的是满足产品的耐蚀性、耐磨性、装饰或其他特种功能要求。现有的表面涂层一般采用金属粉末，普通的金属粉末涂层强度低，且耐磨性能差，不能满足使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，以解决现有技术中存在的普通金属粉末涂层存在的耐磨性能差、强度低的问题。
为实现上述目的，本发明的一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法采用如下技术方案：一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，包括以下步骤；
1)取粒径为40-60μm的镍基或铁基自熔性合金粉末和长度为70-100nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，得到混合粉末，前者和后者的质量比为7:3；
2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层；
3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温10-30min；再随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶-纤维的涂层组织。
在步骤1)中的镍基或铁基自熔性合金粉末和无定形的SiO2纤维状颗粒通过球磨机混合，球磨介质为酒精，酒精的添加量为混合粉末总质量的15％，得到粘稠状的上述混合粉末。
球磨时间为5-7h，球磨速率为80-100r/min。
步骤1)中的无定形的SiO2纤维状颗粒由以下方法得到；
a)采用禾稼的杆和/或壳作为原料，经过洗涤去除表面杂质，并在100℃的干燥箱中干燥2h，得到干燥的原料；
b)将步骤a)中干燥后的原料在真空管加热炉中加热到850℃，升温速率为10℃/min，真空度为10-1Pa，保温30min后取出，得到无定形的SiO2材料；
c)将步骤b)中的得到的无定形SiO2材料研磨成70-100nm长度的纤维状颗粒。
本发明的有益效果：材料选用粒径为40-60μm的镍基或铁基自熔性合金粉末和长度为70-100nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，镍基或铁基自熔性合金粉末颗粒为圆形或近圆形，用等离子喷涂的方式制备涂层，得到具有纤维状结构的涂层，可以增加涂层的强度和耐磨性能。热处理后涂层中得到树枝晶-纤维组织，树枝晶和无定形的SiO2纤维交叉存在，大大增强了涂层的强度和耐磨性能。
进一步地，采用等离子喷涂方式制备涂层，即金属粉末熔化后或半熔融状态采用高压气体将材料吹向基体，由于SiO2纤维属于轻质颗粒，采用酒精可以得到粘稠状混合物料，使SiO2纤维均匀掺杂于金属粉末中，后期在金属粉末熔融后或半熔融状态下酒精蒸发便于SiO2纤维的混合融入。
进一步地，球磨过程中球磨速率为80-100r/min，控制在比较慢的一个速度，放置球磨速度快会将纤维状的SiO2打断，球磨的目的是为了让二者混合均匀。
进一步地，采用禾稼的杆和/或壳作为原料，在真空下获得无定形的SiO2纤维状颗粒，原料最为常见，可以大大降低获取的无定形的SiO2纤维状颗粒的成本。
附图说明
图1是本发明的对比例的镍基涂层的摩擦系数曲线；
图2是实施例一得到的涂层的摩擦系数曲线；
图3是树枝晶-纤维组织的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地庙湖，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所以后其他实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例一
1)取粒径为50μm的镍基自熔性合金粉末和长度为100nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，得到混合粉末，二者的质量比为7:3。
其中，无定形的SiO2纤维状颗粒由以下方法得到：
a)采用稻壳作为原料，经过洗涤去除表秒杂质，并在100℃的干燥箱中干燥2h，得到干燥的原料。其中洗涤过程为：蒸馏水浸泡10h，再经过酒精浸泡2h，在洗涤槽中使用蒸馏水洗涤2h，去除表面杂质。
b)将步骤a)中干燥后的原料在真空管加热炉中加热到850℃，升温速率为10℃/min，真空度为10-1Pa，保温30min后取出，得到无定形的SiO2材料。
c)将步骤b)中的得到的无定形SiO2材料研磨成70-100nm长度的纤维状颗粒。
在步骤1)中的镍基自熔性合金粉末和无定形的SiO2纤维状颗粒通过球磨机混合，球磨介质为酒精，酒精的添加量为混合粉末总质量的15％，得到粘稠状的上述混合粉末。球磨时间为6h，球磨速率为100r/min。
2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层。
步骤2)中，将球磨后粘稠状的混合粉末使用等离子喷涂设备制备镍基涂层，采用等离子喷涂方式制备涂层，即镍基自熔性合金粉末熔化后或半熔融状态采用高压气体将材料吹向基体，由于SiO2纤维属于轻质颗粒，采用酒精可以得到粘稠状混合物料，使SiO2纤维均匀掺杂于镍基自熔性合金粉末中，后期在镍基自熔性合金粉末熔融后或半熔融状态下酒精蒸发便于SiO2纤维的混合融入，得到较好的组织。
3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温30min；再随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶-纤维的涂层组织。树枝晶和无定形的SiO2纤维交叉存在，大大增强了涂层的强度和耐磨性能，如图3所示，1代表树枝晶，2代表无定形的SiO2纤维。
步骤3)中加热炉采用通入冷却水的高频感应炉，冷却水流速为20m/s，感应电压为2000V。
实施例二
1)取粒径为40μm的镍基自熔性合金粉末和长度为70nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，得到混合粉末；二者的质量比为7:3。
其中，无定形的SiO2纤维状颗粒由以下方法得到：
a)采用稻壳作为原料，经过洗涤去除表秒杂质，并在100℃的干燥箱中干燥2h，得到干燥的原料。其中洗涤过程为：蒸馏水浸泡10h，再经过酒精浸泡2h，在洗涤槽中使用蒸馏水洗涤2h，去除表面杂质。
b)将步骤a)中干燥后的原料在真空管加热炉中加热到850℃，升温速率为10℃/min，真空度为10-1Pa，保温30min后取出，得到无定形的SiO2材料。
c)将步骤b)中的得到的无定形SiO2材料研磨成70-100nm长度的纤维状颗粒。
在步骤1)中的镍基自熔性合金粉末和无定形的SiO2纤维状颗粒通过球磨机混合，球磨介质为酒精，酒精的添加量为混合粉末总质量的15％，得到粘稠状的上述混合粉末。球磨时间为4h，球磨速率为80r/min。
2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层。
步骤2)中，将球磨后粘稠状的混合粉末使用等离子喷涂设备制备镍基涂层，采用等离子喷涂方式制备涂层，即镍基自熔性合金粉末熔化后或半熔融状态采用高压气体将材料吹向基体，由于SiO2纤维属于轻质颗粒，采用酒精可以得到粘稠状混合物料，使SiO2纤维均匀掺杂于镍基自熔性合金粉末中，后期在镍基自熔性合金粉末熔融后或半熔融状态下酒精蒸发便于SiO2纤维的混合融入，得到较好的组织。
3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温10min；再随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶-纤维的涂层组织。
步骤3)中加热炉采用通入冷却水的高频感应炉，冷却水流速为20m/s，感应电压为2000V。
实施例三
1)取粒径为60μm的铁基自熔性合金粉末和长度为80nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，得到混合粉末；二者的质量比为7:3。
其中，无定形的SiO2纤维状颗粒由以下方法得到：
a)采用稻壳作为原料，经过洗涤去除表秒杂质，并在100℃的干燥箱中干燥2h，得到干燥的原料。其中洗涤过程为：蒸馏水浸泡10h，再经过酒精浸泡2h，在洗涤槽中使用蒸馏水洗涤2h，去除表面杂质。
b)将步骤a)中干燥后的原料在真空管加热炉中加热到850℃，升温速率为10℃/min，真空度为10-1Pa，保温30min后取出，得到无定形的SiO2材料。
c)将步骤b)中的得到的无定形SiO2材料研磨成70-100nm长度的纤维状颗粒。
在步骤1)中的铁基自熔性合金粉末和无定形的SiO2纤维状颗粒通过球磨机混合，球磨介质为酒精，酒精的添加量为混合粉末总质量的15％，得到粘稠状的上述混合粉末。球磨时间为5h，球磨速率为90r/min。
2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层。
步骤2)中，将球磨后粘稠状的混合粉末使用等离子喷涂设备制备镍基涂层，采用等离子喷涂方式制备涂层，即铁基自熔性合金粉末熔化后或半熔融状态采用高压气体将材料吹向基体，由于SiO2纤维属于轻质颗粒，采用酒精可以得到粘稠状混合物料，使SiO2纤维均匀掺杂于铁基自熔性合金粉末中，后期在铁基自熔性合金粉末熔融后或半熔融状态下酒精蒸发便于SiO2纤维的混合融入，得到较好的组织。
3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温20min；再随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶-纤维的涂层组织。
步骤3)中加热炉采用通入冷却水的高频感应炉，冷却水流速为20m/s，感应电压为2000V。
对比例
与实施例一的区别在于不添加无定形的SiO2纤维状颗粒。
将实施例得到的试样涂层和对比例得到的试样涂层，进行摩擦磨损试样制备，进行摩擦磨损测试，测试载荷10N，测试时间为30min，如图1-2所示，可以得出，图1为无添加无定形SiO2纤维涂层的平均摩擦系数为1.52，图2为添加无定形SiO2纤维的涂层试样平均摩擦系数为0.983。无定形纤维的添加降低了涂层的摩擦系数，降低比例为5.9％。同时由于纤维添加出现摩擦曲线毛刺较多的现象。

Claims (4)

1.一种无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
1)取粒径为40-60μm的镍基或铁基自熔性合金粉末和长度为70-100nm的无定形的SiO2纤维状颗粒混合，得到混合粉末，前者和后者的质量比为7:3；
2)将步骤1)中的混合粉末使用等离子喷涂方式制备涂层，得到纤维状涂层；
3)将具有纤维状涂层的试样置于能够通入冷却水的加热炉中，随炉升温到950℃，升温速率10℃/min，保温10-30min；再随炉快速冷却至室温，冷却速率15℃/min，冷却后的纤维状涂层中出现树枝晶-纤维的涂层组织，树枝晶和无定形的SiO2纤维交叉存在。
2.根据权利要求1所述的无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，其特征在于：在步骤1)中的镍基或铁基自熔性合金粉末和无定形的SiO2纤维状颗粒通过球磨机混合，球磨介质为酒精，酒精的添加量为混合粉末总质量的15％，得到粘稠状的上述混合粉末。
3.根据权利要求2所述的无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，其特征在于：球磨时间为5-7h，球磨速率为80-100r/min。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的无定形纤维为原料的表面涂层的制备方法，其特征在于：步骤1)中的无定形的SiO2纤维状颗粒由以下方法得到；
a)采用禾稼的杆和/或壳作为原料，经过洗涤去除表面杂质，并在100℃的干燥箱中干燥2h，得到干燥的原料；
b)将步骤a)中干燥后的原料在真空管加热炉中加热到850℃，升温速率为10℃/min，真空度为10-1Pa，保温30min后取出，得到无定形的SiO2材料；
c)将步骤b)中的得到的无定形SiO2材料研磨成70-100nm长度的纤维状颗粒。
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