CN115198224B - 一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，包括，对不锈钢基体杂质，清洗完成后烘干处理后，进行喷砂粗化处理，制得喷砂粗化处理的不锈钢；称取Cr2O3、Al2O3、Pr6O11以及Mg3B2O6粉末倒入罐装容器中，球磨处理后，干燥，制得干燥好的Cr2O3基陶瓷粉末；采用大气等离子喷涂Cr2O3基陶瓷粉末，在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度200‑350μm的陶瓷复合涂层；其中，所述Cr2O3基陶瓷粉末的成分配比为：60wt.% Cr2O3粉末，15wt.% Al2O3粉末，24wt.% Mg3B2O6粉末，1wt.% Pr6O11粉末。本发明提供的类硬质合金结构复合陶瓷涂层整体结合方式为冶金结合，界面结合紧密，孔隙率与裂纹显著减少，涂层韧性显著改善。

Description

一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂技术和表面工程领域，具体涉及到一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法。
背景技术
传统零件基体采用的铸铁或铝合金材料在磨损过程中易产生犁沟效应或粘着，这些磨损形式往往导致内壁材料的流失及摩擦系数的突变。Cr2O3陶瓷涂层具有较高的表面硬度与耐磨性，使用大气等离子喷涂Cr2O3陶瓷涂层可获得较好的表面防护效果。
早期研究认为Cr2O3相比Al2O3具有更好的摩擦学特性。但Cr2O3粉末除了对等离子喷涂参数较为敏感外，快速冷却过程相比Al2O3易产生剥落。此外，纯Cr2O3涂层的硬度高，润湿性差，脆性大等缺点也逐渐凸显。因此Al2O3逐渐代替Cr2O3成为热喷涂耐磨陶瓷涂层的首要选择。但随着沉积工艺的温度提高，对Al2O3相成分的控制并没有较好的技术进展。Al2O3粉末在热喷涂尤其是等离子喷涂技术的高温熔融过程中会优先从α-Al2O3相转变为γ-Al2O3相，α-Al2O3相具有稳定优异的结构与机械性能，但γ-Al2O3代表Al2O3粉末在等离子体中的熔融程度，γ相含量越高，熔融程度越充分。因此热喷涂Al2O3陶瓷涂层在相组成上一般为以α-Al2O3为主，γ-Al2O3为辅的双相结构，这极大地限制了α-Al2O3自身强度以及作为硬质相的作用。
而Cr2O3与Al2O3粉末粒径相似，流动性较好，且属于同一价态的金属，在高温下与Pr元素易形成PrCrxOy以及PrAlxOy，该反应增加两种高熔点陶瓷颗粒晶格的声子散射，使热胀系数更接近，提高涂层在高温下的稳定性。低熔点Mg3B2O6不仅提高粉末在等离子喷涂过程中的流动性，黏附在高熔点颗粒表面更易于飞溅液滴的扁平化，硬质颗粒间结合更加紧密，也降低了孔隙率，提高涂层的耐磨性能。
针对类硬质合金结构的复合陶瓷涂层的设计研究目前较少。目前，如：中国专利CN111534799 A通过电弧离子镀在基体表面分别沉积合金粘结层、Cr/Cr2O3过渡层和Al-Cr-O面层，该专利制备的梯度涂层特点在于隔热与抗氧化，但处外层的Al-Cr-O层易受破坏，且金属与陶瓷的热胀系数存在差异，Cr/Cr2O3过渡层脆性断裂的可能性较大。中国专利CN114133774 A设计了无机硅树脂与玄武岩纤维复合耐高温涂层。该涂层设计在不同搅拌速度下依次加入一定量的气相白炭黑、玄武岩短切纤维和氧化锆、碳化钛、氧化铝组成的耐高温陶瓷粉体。产品具有优良的耐高温与耐腐蚀性，但并未考虑到涂层与基体的结合问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，包括，
对不锈钢基体杂质，清洗完成后烘干处理后，进行喷砂粗化处理，制得喷砂粗化处理的不锈钢；
称取Cr2O3、Al2O3、Pr6O11以及Mg3B2O6粉末倒入罐装容器中，球磨处理后，干燥，制得干燥好的Cr2O3基陶瓷粉末；
采用大气等离子喷涂Cr2O3基陶瓷粉末，在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度200-350 μm的陶瓷复合涂层；其中，
所述Cr2O3基陶瓷粉末的成分配比为：60wt.% Cr2O3粉末，15wt.% Al2O3粉末，24wt.% Mg3B2O6粉末，1wt.% Pr6O11粉末。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述对不锈钢基体杂质，包括，
通过无水乙醇或丙酮对不锈钢基体表面进行超声波清洗。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述制得喷砂粗化处理的不锈钢，其表面粗糙度为Ra7.0~9.0。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述球磨处理，其中，球磨转速为300 r/min，处理时间为3 h。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述干燥，烘干时间为1h，干燥温度为80℃。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述等离喷涂工艺：电流为500 A，电压为51.3 V，等离子发生气选择氩气，流量为35L/min，氢气流量为4 L/min，送粉速度为30 g/min。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法的一种优选方案，其中：所述添加Cr2O3粉末微观形貌为球形Cr2O3，相组成为Cr2O3；添加Al2O3粉末微观形貌为球形Al2O3，相组成为α-Al2O3与γ- Al2O3双相；添加Pr6O11粉末纯度为99.99%。
本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法制得的产品。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层，产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的相组成中，存在Cr2O3主相，Al2O3仅以α-Al2O3形式存在，无γ-Al2O3相，Pr6O11与Cr2O3反应生成PrCrxOy相，与Al2O3反应生成PrAlxOy相，进一步提高陶瓷颗粒的熔融程度；低熔点Mg3B2O6充分弥散在Cr2O3与Al2O3之间，生成CrxBy、AlBx相。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的一种优选方案，其中：所述产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层硬度高于1500 HV1，获得涂层厚度为200-350 μm，孔隙率低于2%，Cr2O3、Al2O3及Pr6O11熔融颗粒间的结合方式为冶金结合。
作为本发明所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的一种优选方案，其中：所述产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层干磨条件下摩擦系数低于0.25，磨损率低于2.0×10-7 mm3/N·m；油润滑条件下摩擦系数低于0.05，磨损率低于2.0×10-8 mm3/N·m；边界润滑条件下稳定摩擦时长不低于30h。
本发明有益效果：
（1）本发明提供的类硬质合金结构复合陶瓷涂层相组成中无亚稳γ- Al2O3相，存在固溶PrCrxOy与PrAlxOy相，稀土元素有利于提升氧化物陶瓷晶格的声子散射，使涂层在高温条件下同样具有稳定性能。
（2）本发明提供的类硬质合金结构复合陶瓷涂层整体结合方式为冶金结合，界面结合紧密，孔隙率与裂纹显著减少，涂层韧性显著改善。
（3）本发明提供的一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，实现了陶瓷涂层组织结构的优化，极大改善制备涂层的致密度，有效克服铸铁或铝合金表面与陶瓷类涂层在使用过程中存在的问题，显著提高了零部件表面的摩擦学性能。
（4）本发明提供了一种利用添加Pr6O11粉末增强Cr2O3、Al2O3；添加低熔点Mg3B2O6弥散高熔点陶瓷颗粒形成类硬质合金结构的复合陶瓷涂层的制备方法，为针对具体服役工况调控陶瓷涂层结构提供了新的思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1类硬质合金结构复合陶瓷涂层截面形貌图。
图2为本发明实施例1干磨及油润滑条件下类硬质合金结构复合陶瓷涂层磨损率对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
在分析各类涂层性能与制备缺陷的基础上，本发明提供类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，使用大气等离子工艺在不锈钢表面制备类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层。涂层的设计解决了陶瓷涂层内部结构缺陷与脆性剥落问题，借助双硬质相之间的固溶作用将粉末中的γ- Al2O3全部转化为α- Al2O3，提高了机械性能；加入Pr6O11改变陶瓷相晶界处的组分，生成PrCrxOy与PrAlxOy将原本陶瓷熔融颗粒间的机械结合提升为冶金结合，添加的低熔点Mg3B2O6起粘结高熔点陶瓷颗粒的作用，弥补层间间隙，提高涂层致密性。
本发明所用粉末、仪器设备等均可从市场购得或通过常规方法制备。
实施例1
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：60wt.% Cr2O3粉末，15wt.% Al2O3粉末，24wt.% Mg3B2O6粉末，1wt.% Pr6O11粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取Cr2O3、Al2O3、Pr6O11以及Mg3B2O6粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为150mm，等离子气流H2流量为4L/min，Ar流量为35L/min，电流500A，电压51.5V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-300μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为1.98%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为1.8×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为7.8×10-8 mm3/N·m。
实施例2
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：60wt.% WC粉末，15wt.% SiC粉末，24wt.%玻璃粉粉末，1wt.% CeO2粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取WC、SiC、玻璃粉以及CeO2粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为100mm，等离子气流H2流量为8L/min，Ar流量为35L/min，电流600A，电压56.4V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-250μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为1.76%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为2.45×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为8.75×10-8 mm3/N·m。
实施例3
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：60wt.% YSZ粉末，13wt.% Al2O3粉末，26wt.% TiO2粉末，1wt.% Bi2O3粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取YSZ、Al2O3、TiO2以及Bi2O3粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为150mm，等离子气流H2流量为8L/min，Ar流量为35L/min，电流600A，电压56.4V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-250μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为2.04%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为2.27×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为8.05×10-8 mm3/N·m。
实施例4
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：50wt.% BeO粉末，39wt.% MgO粉末，10wt.% K2Ti6O13粉末，1wt.% Nd2O3粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取BeO、MgO、K2Ti6O13以及Nd2O3粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为150mm，等离子气流H2流量为4L/min，Ar流量为35L/min，电流500A，电压51.3V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-300μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为2.98%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为3.17×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为9.62×10-8 mm3/N·m。
实施例5
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：60wt.% Ti3AlC2粉末，20wt.% AlN粉末，19wt.% MgAl2O4粉末，1wt.% La2O3粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取Ti3AlC2、AlN、MgAl2O4以及La2O3粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为100mm，等离子气流H2流量为8L/min，Ar流量为35L/min，电流600A，电压56.4V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-250μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为1.71%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为2.75×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为9.05×10-8 mm3/N·m。
实施例6
通过下述方法制备类硬质合金结构陶瓷复合耐磨涂层：
1）所述喷涂用混合粉末的组分(质量百分比)为：60wt.% Al2O3粉末，18wt.% Cr2O3粉末，10wt.% Mg3B2O6粉末，10wt.% K2Ti6O13粉末，2wt.% (Pr+Nd)2O3粉末。
2）用丙酮对不锈钢基体表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后烘干处理。随后用粒度24目的棕刚玉砂对待喷涂的不锈钢基体表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表面粗糙度为Ra 7.0-9.0。
3）将按照复合涂层的成分配比称取Al2O3、Cr2O3、Mg3B2O6、K2Ti6O13以及(Pr+Nd)2O3粉末倒入罐装容器中，以转速为300 r/min的球磨参数混合3 h，球磨完毕后，于80℃烘箱中干燥1 h。
4）将干燥好的混合粉末倒入送粉管中，调节送粉气流使得粉末刚好送入等离子弧的焰流中心。大气等离子喷涂的工艺参数为：喷涂距离为150mm，等离子气流H2流量为8L/min，Ar流量为35L/min，电流600A，电压56.4V，喷枪移动速度为200mm/s，每次向下移动3mm，重复喷涂3次。最终在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度约150-300μm的陶瓷复合涂层。
5）通过截取截面SEM图像计算孔隙率，产品涂层组织致密，孔隙率为1.85%，远低于传统陶瓷与合金涂层的12%。
6）对产品涂层进行球盘摩擦磨损实验，对偶球选用直径为5mm的Si3N4球，载荷40N，频率4Hz，磨痕长度5mm，总摩擦时间 6h。类硬质合金结构复合陶瓷涂层干磨条件下磨损率为2.76×10-7mm3/N·m，油润滑条件下磨损率为8.91×10-8 mm3/N·m。
实施例1~6的条件和结果见表1。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
Cr2O3粉末(wt.%) 60 0 0 0 0 18
WC粉末(wt.%) 0 60 0 0 0 0
YSZ粉末(wt.%) 0 0 60 0 0 0
BeO粉末(wt.%) 0 0 0 50 0 0
Ti3AlC2粉末(wt.%) 0 0 0 0 60 0
SiC粉末(wt.%) 0 15 0 0 0 0
Al2O3粉末(wt.%) 15 0 13 0 0 60
Mg3B2O6粉末(wt.%) 24 0 0 0 0 10
玻璃粉(wt.%) 0 24 0 0 0 0
TiO2 (wt.%) 0 0 26 0 0 0
MgO粉末(wt.%) 0 0 0 39 0 0
AlN粉末(wt.%) 0 0 0 0 20 0
Pr6O11粉末(wt.%) 1 0 0 0 0 0
K2Ti6O13粉末(wt.%) 0 0 0 10 0 10
MgAl2O4粉末(wt.%) 0 0 0 0 19 0
CeO2粉末(wt.%) 0 1 0 0 0 0
Bi2O3 (wt.%) 0 0 1 0 0 0
Nd2O3粉末(wt.%) 0 0 0 1 0 0
La2O3粉末(wt.%) 0 0 0 0 1 0
(Pr+Nd)2O3粉末(wt.%) 0 0 0 0 0 2
孔隙率(%) 1.98 1.76 2.04 2.98 1.71 1.85
干磨条件下磨损率(mm3/N·m) 1.8×10-7 2.45×10-7 2.27×10-7 3.17×10-7 2.75×10-7 2.76×10-7
油润滑条件下磨损率(mm3/N·m) 7.8×10-8 8.75×10-8 8.05×10-8 9.62×10-8 9.05×10-8 8.91×10-8
本发明提供的类硬质合金结构复合陶瓷涂层相组成中无亚稳γ- Al2O3相，存在固溶PrCrxOy与PrAlxOy相，稀土元素有利于提升氧化物陶瓷晶格的声子散射，使涂层在高温条件下同样具有稳定性能。本发明提供的类硬质合金结构复合陶瓷涂层整体结合方式为冶金结合，界面结合紧密，孔隙率与裂纹显著减少，涂层韧性显著改善。本发明实现了陶瓷涂层组织结构的优化，极大改善制备涂层的致密度，有效克服铸铁或铝合金表面与陶瓷类涂层在使用过程中存在的问题，显著提高了零部件表面的摩擦学性能。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括，
对不锈钢基体杂质，清洗完成后烘干处理后，进行喷砂粗化处理，制得喷砂粗化处理的不锈钢；
称取Cr2O3、Al2O3、Pr6O11以及Mg3B2O6粉末倒入罐装容器中，球磨处理后，干燥，制得干燥好的Cr2O3基陶瓷粉末；
采用大气等离子喷涂Cr2O3基陶瓷粉末，在喷砂粗化处理的不锈钢表面沉积厚度200-350 μm的陶瓷复合涂层；其中，
所述Cr2O3基陶瓷粉末的成分配比为：60wt.% Cr2O3粉末，15wt.% Al2O3粉末，24wt.%Mg3B2O6粉末，1wt.% Pr6O11粉末；等离喷涂工艺：电流为500 A，电压为51.3 V，等离子发生气选择氩气，流量为35 L/min，氢气流量为4 L/min，送粉速度为30 g/min。
2.如权利要求1所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述对不锈钢基体杂质，包括，
通过无水乙醇或丙酮对不锈钢基体表面进行超声波清洗。
3.如权利要求1或2所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述制得喷砂粗化处理的不锈钢，其表面粗糙度为Ra7.0~9.0。
4. 如权利要求3所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述球磨处理，其中，球磨转速为300 r/min，处理时间为3 h。
5.如权利要求4所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：所述干燥，烘干时间为1h，干燥温度为80℃。
6. 如权利要求1、2、4或5中任一所述类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的制备方法，其特征在于：添加Cr2O3粉末微观形貌为球形Cr2O3，相组成为Cr2O3；添加Al2O3粉末微观形貌为球形Al2O3，相组成为α-Al2O3与γ- Al2O3双相；添加Pr6O11粉末纯度为99.99%。
7.权利要求1~6中任一所述制备方法制得的类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层，其特征在于：产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层的相组成中，存在Cr2O3主相，Al2O3仅以α-Al2O3形式存在，无γ-Al2O3相，Pr6O11与Cr2O3反应生成PrCrxOy相，与Al2O3反应生成PrAlxOy相，进一步提高陶瓷颗粒的熔融程度；低熔点Mg3B2O6充分弥散在Cr2O3与Al2O3之间，生成CrxBy、AlBx相。
8. 如权利要求7所述的涂层，其特征在于：产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层硬度高于1500 HV1，获得涂层厚度为200-350 μm，孔隙率低于2%，Cr2O3、Al2O3及Pr6O11熔融颗粒间的结合方式为冶金结合。
9. 如权利要求8所述的涂层，其特征在于：产品类硬质合金结构复合陶瓷耐磨涂层干磨条件下摩擦系数低于0.25，磨损率低于2.0×10-7 mm3/N·m；油润滑条件下摩擦系数低于0.05，磨损率低于2.0×10-8 mm3/N·m；边界润滑条件下稳定摩擦时长不低于30h。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112430091A (zh) * 2020-11-24 2021-03-02 中国人民解放军国防科技大学 一种高韧性复相陶瓷材料及其制备方法和应用
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112430091A (zh) * 2020-11-24 2021-03-02 中国人民解放军国防科技大学 一种高韧性复相陶瓷材料及其制备方法和应用
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