CN113529012B - 一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法 - Google Patents
一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2‑SiC涂层的制备方法，去锈、除油处理后的基材置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基材，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到900‑950℃，保温24‑30h，得到渗碳层；再将处理的试样至于坩埚中，复合粉埋敷，所述复合粉由5‑20wt％Al粉、10‑40wt％Si粉、5‑30wt％Mo粉、2‑8wt％NaF粉以及余量Al2O3粉组成，将坩埚移到炉中，在炉膛中充入保护气体Ar气，加热到900‑1000℃，保温1‑5h得到Al改性的MoSi2‑SiC涂层。本发明采用渗碳工艺制备的渗碳层可以提高基体的耐磨性；采用包埋渗制备的制备Al改性的MoSi2‑SiC涂层具有优异的抗氧化，耐腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于输变电设备领域，涉及涂层，尤其是一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层及制备方法。
背景技术
在输变电系统中大量的金属部件如架空导地线、绝缘子、金具、开关刀闸、杆塔等均采用了热镀锌作为防腐层，对这些金属部件的服役安全提供了重要保障。在巡检中发现，在同一服役环境中的镀锌金属部件却在不同的服役周期出现了腐蚀劣化现象，部分镀锌金属部件表面镀锌层出现了锈斑、局部发生了严重腐蚀，直接影响到金属部件的正常服役。从目前输变电系统中热镀锌金属部件的服役状态来看，对于服役环境较为复杂的，热镀锌层已无法有效地保障电力设备的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层及其制备方法，可以有效提高输变电设备抗氧化、耐腐蚀性能，从而大幅度提高输变电设备的使用寿命。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将基材打磨，清洗除去铁锈、油污；
(2)将基材置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基材，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到900-950℃，保温24-30h，得到渗碳层；
进一步地，所述渗碳剂由碳粉和NaF粉组成，其中碳粉的质量分数为20-50wt％。
进一步地，渗碳剂的厚度大于等于50mm。
(2)将经过步骤(2)处理的试样至于坩埚中，复合粉埋敷，所述复合粉由5-20wt％Al粉、10-40wt％Si粉、5-30wt％Mo粉、2-8wt％NaF粉以及余量Al2O3粉组成，其中Al粉、Si粉、Mo粉为渗剂，涂层的主要组成元素，起抗氧化、抗腐蚀作用；NaF粉为活化剂，增加渗剂的活性；Al2O3粉为填充剂，避免渗剂烧结。将坩埚移到炉中，在炉膛中充入保护气体Ar气，加热到900-1000℃，保温1-5h得到Al改性的MoSi2-SiC涂层。
进一步地，复合粉的粒度为20-30μm，由球磨机在200-400r/min下研磨3-5h得到。
进一步地，将步骤(3)处理后的试样，在高温炉中加热到650-750℃，保温24-48h，进行扩散热处理，得到扩散均匀的涂层。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明采用渗碳工艺制备的渗碳层可以提高基体的耐磨性；
2、本发明采用包埋渗制备的制备Al改性的MoSi2-SiC涂层具有优异的抗氧化，耐腐蚀性能；
3、本发明制备工艺参数可控，所得涂层致密。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法，包含如下步骤：
(1)选碳钢Q345进行预处理，将基体材料切成10mm×10mm×3mm的试样，用#400、#600砂纸打磨，在酒精溶液中超声波中清洗15分钟，除去铁锈、油污。
(2)将碳钢Q345试样置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基体，渗碳剂的厚度为50mm，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到950℃，保温20h，得到渗碳层。渗碳剂由碳粉和NaF粉组成，其中碳粉的质量分数为30wt％。
(3)制备复合粉，将20wt％Al粉、30wt％Si粉、10wt％Mo粉、2wt％NaF粉、38wt％Al2O3粉混合后，用球磨机在300r/min下研磨3h，得到粒度为25μm的复合粉。
(4)采用包埋渗的方法制备复合涂层：将经过步骤(2)处理的试样置于刚玉坩埚中，并用步骤(3)制备的复合粉埋敷，盖上坩埚盖，将坩埚移到炉中，在炉膛中充入保护气体Ar气，加热到900℃，保温5h；
(5)将步骤(4)处理后的试样，置于刚玉坩埚中，在高温炉中加热到750℃，保温48h，进行扩散热处理得到，得到的复合涂层为外层Mo(Si,Al)2+中间层SiC+内层渗碳层。
将步骤(1)-(5)处理后的试样，用扫描电子显微镜观察，涂层表面致密，无气孔、无夹杂及未熔化粉末。打磨试样，观察涂层横截面，涂层厚度为60μm左右，由外向内依次为Mo(Si,Al)2+中间层SiC+内层渗碳层。中间层是由Si和C反应形成，最外层钼和硅铝反应形成。将步骤(1)-(5)处理后的试样置于高温炉中进行循环氧化试验，试验条件为700℃循环100次，一个循环时间为1h，其中50min炉内，10min炉外冷却。100次循环之后，试样表面的氧化膜致密，未发生氧化膜或涂层剥落现象，涂层附着良好，抗氧化性能良好。将步骤(1)-(5)处理后的试样置于5％NaCl的盐雾中500h，涂层表面未发生明显腐蚀，抗腐蚀性能良好。
实施例2：
一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法，包含如下步骤：
(1)选碳钢Q345进行预处理，将基体材料切成10mm×10mm×3mm的试样，用#400、#600砂纸打磨，在酒精溶液中超声波中清洗20分钟，除去铁锈、油污。
(2)将碳钢Q345试样置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基体，渗碳剂的厚度为70mm，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到900℃，保温30h，得到渗碳层。渗碳剂由碳粉和NaF粉组成，其中碳粉的质量分数为40wt％。
(3)制备复合粉，将16wt％Al粉、40wt％Si粉、24wt％Mo粉、2wt％NaF粉、18wt％Al2O3粉按比例混合后，用球磨机在400r/min下研磨5h，得到粒度为20μm的复合粉。
按质量百分比，复合粉的组成如下：Al粉为、Si粉为、Mo粉为、NaF粉为、其余为Al2O3粉。
(4)采用包埋渗的方法制备复合涂层：将经过步骤(2)处理的试样置于刚玉坩埚中，并用步骤(3)制备的复合粉埋敷，盖上坩埚盖，将坩埚移到炉中，在炉膛中充入保护气体Ar气，加热到900℃，保温5h；
(5)将步骤(4)处理后的试样，置于刚玉坩埚中，在高温炉中加热到700℃，保温48h，进行扩散热处理得到，得到的复合涂层为外层Mo(Si,Al)2+中间层MoSi2-SiC+内层渗碳层。
将步骤(1)-(5)处理后的试样，用扫描电子显微镜观察，涂层表面致密，无气孔、无夹杂及未熔化粉末。打磨试样，观察涂层横截面，涂层厚度为65μm左右，由外向内依次为Mo(Si,Al)2+中间层MoSi2-SiC+内层渗碳层。由于Mo的含量提高了，中间层还含有MoSi2。
将步骤(1)-(5)处理后的试样置于高温炉中进行循环氧化试验，试验条件为700℃循环100次，一个循环时间为1h，其中50min炉内，10min炉外冷却。100次循环之后，试样表面的氧化膜致密，未发生氧化膜或涂层剥落现象。将步骤(1)-(5)处理后的试样置于5％NaCl的盐雾中500h，涂层表面未发生明显腐蚀，抗腐蚀性能良好。
对比例1
一种用于输变电设备表面渗碳层的制备方法，包含如下步骤：
(1)选碳钢Q345进行预处理，将基体材料切成10mm×10mm×3mm的试样，用#400、#600砂纸打磨，在酒精溶液中超声波中清洗15分钟，除去铁锈、油污。
(2)将碳钢Q345试样置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基体，渗碳剂的厚度为50mm，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到950℃，保温20h，得到渗碳层。渗碳剂由碳粉和NaF粉组成，其中碳粉的质量分数为30wt％。
(3)将步骤(2)处理后的试样，置于刚玉坩埚中，在高温炉中加热到700℃，保温48h，进行扩散热处理得到，得到扩散均匀的渗碳层。
将步骤(1)-(3)处理后的试样，用扫描电子显微镜观察，涂层表面致密，无气孔、无夹杂及未熔化粉末，但涂层表面存在一定的凹凸不平。打磨试样，观察涂层横截面，涂层为20μm左右的渗碳层。将步骤(1)-(3)处理后的试样置于高温炉中进行循环氧化试验，试验条件为700℃循环，一个循环时间为1h，其中50min炉内，10min炉外冷却。经过20次循环之后，试样表面的氧化膜开始发生剥落，50次循环之后渗碳层剥落，露出基体，试验结束。将步骤(1)-(3)处理后的试样置于5％NaCl的盐雾中500h，涂层表面腐蚀严重。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)将基材打磨，清洗除去铁锈、油污；
(2)将基材置于刚玉坩埚中，并用固体渗碳剂包覆住基材，然后将坩埚置于密闭的渗碳箱中，加热到900-950℃，保温24-30h，得到渗碳层；所述渗碳剂由碳粉和NaF粉组成，其中碳粉的质量分数为20-50wt％，渗碳剂的厚度大于等于50mm；
(3)将经过步骤(2)处理的试样至于坩埚中，复合粉埋敷，所述复合粉由5-20wt％Al粉、10-40wt％Si粉、5-30wt％Mo粉、2-8wt％NaF粉以及余量Al2O3粉组成，将坩埚移到炉中，在炉膛中充入保护气体Ar气，加热到900-1000℃，保温1-5h得到Al改性的MoSi2-SiC涂层；在高温炉中加热到650-750℃，保温24-48h，进行扩散热处理，得到扩散均匀的涂层。
2.根据权利要求1所述的用于输变电设备表面Al改性的MoSi2-SiC涂层的制备方法，其特征在于：复合粉的粒度为20-30μm，由球磨机在200-400r/min下研磨3-5h得到。
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2021
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