CN115233134A - 一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于涂层制备技术领域，提供了一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法。本发明通过在工件表面制备MoSi2涂层并通过氧化处理进一步提高涂层的耐腐蚀磨损能力，处理工艺简单高效，工艺成本低，能够显著提高工件的耐腐蚀磨损性能；通过超音速等离子喷涂设备制备MoSi2表面涂层，涂层硬度高且可产生表面钝化膜，具有优良的耐腐蚀磨损性能，后续的氧化处理，能够使涂层表面和内部产生具有隔离腐蚀介质作用和润滑作用的氧化物。因此本发明能够有效提高工件的耐腐蚀磨损性能，延长工件在海水环境中的工作寿命。
Description
技术领域
本发明属于涂层制备技术领域，尤其涉及一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法。
背景技术
在海水环境中工作的海洋设备，其运动部件如轴、泵、螺旋桨等会同时受到腐蚀和磨损的作用，因海水环境中无法使用油、脂进行润滑，海洋设备往往因腐蚀磨损而过早失效。制备表面涂层以提高材料的耐腐蚀磨损能力是一种经济且有效的方式。通过等离子喷涂制备表面涂层具有制备速度快、成本低、对代加工工件的尺寸和形状限制小、涂层厚度均匀可控的优点。超音速等离子喷涂利用“非转移型”等离子弧与高速气流混合时出现的“扩展弧”得到稳定聚集的超音速等离子焰流，它不仅保留了普通空气等离子喷涂的特点还具有可喷涂材料类型多、喷涂涂层氧化程度低、涂层缺陷少和涂层结合强度高等特点。
MoSi2是一种同时具有金属键和共价键的金属陶瓷材料。除此之外，MoSi2还拥有许多引人注目的特性。第一，众多研究表明，MoSi2陶瓷涂层由于具有高硬度且在摩擦时会产生润滑性的SiO2，在磨损试验中表现出优秀的耐磨性能，能够对基材起到良好的保护作用；第二，MoSi2在NaCl溶液中能够形成致密钝化膜，因此拥有良好的耐腐蚀性能；第三，MoSi2能够与硅化物进行合金处理，进一步提高材料的性能。不仅如此，MoSi2还是一种低成本、无毒和环保的材料，有很高的研究和应用价值。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：使用SiC对45CrNi板进行喷砂处理；
步骤S2：使用丙酮对步骤S1处理后的涂层样品进行清洗；
步骤S3：使用超音速等离子喷涂设备制备MoSi2涂层；
步骤S4：通过砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨的方式使得MoSi2涂层的表面粗糙度小于1μm；
步骤S5：将步骤S4处理后的涂层样品置于无水乙醇中进行超声清洗；
步骤S6：将步骤S5处理后的涂层样品置于加热炉中加热，加热过程中通入空气使得涂层氧化。
进一步的，所述步骤S3中，MoSi2粉末经团聚造粒处理，粉末直径为45μm至60μm。
进一步的，所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的参数具体为：电压为52.7V、电流为600A、等离子气体Ar和H2的流量分别为35L/min和12L/min、载粉气体Ar的流量为2.6L/min。
进一步的，所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的喷涂距离为110mm。
进一步的，所述步骤S4中，使用800目、1500目、2000目和3000目的砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨。
进一步的，所述步骤S5中，清洗时间为60s。
进一步的，所述步骤S6中，涂层样品在加热炉升温至800℃后置入加热炉中，保温1h后随炉冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，通过在工件表面制备MoSi2涂层并通过氧化处理进一步提高涂层的耐腐蚀磨损能力，处理工艺简单高效，工艺成本低，能够显著提高工件的耐腐蚀磨损性能；通过超音速等离子喷涂设备制备MoSi2表面涂层，涂层硬度高且可产生表面钝化膜，具有优良的耐腐蚀磨损性能，后续的氧化处理，能够使涂层表面和内部产生具有隔离腐蚀介质作用和润滑作用的氧化物。因此该方法能够有效提高工件的耐腐蚀磨损性能，延长工件在海水环境中的工作寿命。
附图说明
图1为本发明中喷涂涂层(MoSi2)截面和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)截面图。
图2为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)组分分析图。
图3为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)截面氧元素分布图。
图4为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)对工件的保护原理图。
图5为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)在海水中的磨损率示意图。
图6为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)在海水中的摩擦系数图。
图7为本发明中喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)在静态腐蚀和腐蚀磨损条件下的极化曲线图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1-7所示，为本发明一个实施例提供的一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：使用SiC对45CrNi板进行喷砂处理；
步骤S2：使用丙酮对步骤S1处理后的涂层样品进行清洗；
步骤S3：使用超音速等离子喷涂设备制备MoSi2涂层；
步骤S4：通过砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨的方式使得MoSi2涂层的表面粗糙度小于1μm；
步骤S5：将步骤S4处理后的涂层样品置于无水乙醇中进行超声清洗；
步骤S6：将步骤S5处理后的涂层样品置于加热炉中加热，加热过程中通入空气使得涂层氧化。
在本发明实施例中，使用SiC对45CrNi板进行喷砂处理，提高表面粗糙度以增强涂层结合强度；该方法处理工艺简单高效，在45CrNi钢表面制备具有耐腐蚀磨损性能的超音速等离子喷涂MoSi2涂层，能够减少材料的损耗并延长工件的工作寿命。MoSi2涂层的截面平均硬度为708HV0.05，涂层呈典型的层状结构，涂层主相为h-MoSi2，同时包含Mo5Si3和t-MoSi2。进行氧化处理后，涂层的表面以及内部均产生了氧化物，涂层的硬度略有下降，主相仍为h-MoSi2，但产生了MoO3、SiO2和Mo9O26三种新相。这种改性方法仅需使用加热炉，不需要额外通入气体，成本较低且工艺简单；氧化后的涂层耐腐蚀磨损性能明显提升，在摩擦磨损过程中的摩擦系数降低，能够进一步提高涂层的保护性能，有利于延长工件的工作寿命。喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)的电化学参数如下表所示。
表1喷涂涂层(MoSi2)和后处理喷涂涂层(P-MoSi2)的电化学参数
作为本发明的一种优选实施例，所述步骤S3中，MoSi2粉末经团聚造粒处理，粉末直径为45μm至60μm。
作为本发明的一种优选实施例，所述所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的参数具体为：电压为52.7V、电流为600A、等离子气体Ar和H2的流量分别为35L/min和12L/min、载粉气体Ar的流量为2.6L/min。
作为本发明的一种优选实施例，所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的喷涂距离为110mm。
作为本发明的一种优选实施例，所述步骤S4中，使用800目、1500目、2000目和3000目的砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨。
作为本发明的一种优选实施例，所述步骤S5中，清洗时间为60s。
作为本发明的一种优选实施例，所述步骤S6中，涂层样品在加热炉升温至800℃后置入加热炉中，保温1h后随炉冷却。
本发明的工作原理是：
该提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，通过在工件表面制备MoSi2涂层并通过氧化处理进一步提高涂层的耐腐蚀磨损能力，处理工艺简单高效，工艺成本低，能够显著提高工件的耐腐蚀磨损性能；通过超音速等离子喷涂设备制备MoSi2表面涂层，涂层硬度高且可产生表面钝化膜，具有优良的耐腐蚀磨损性能，后续的氧化处理，能够使涂层表面和内部产生具有隔离腐蚀介质作用和润滑作用的氧化物。因此该方法能够有效提高工件的耐腐蚀磨损性能，延长工件在海水环境中的工作寿命。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些均不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (7)
1.一种提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：使用SiC对45CrNi板进行喷砂处理；
步骤S2：使用丙酮对步骤S1处理后的涂层样品进行清洗；
步骤S3：使用超音速等离子喷涂设备制备MoSi2涂层；
步骤S4：通过砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨的方式使得MoSi2涂层的表面粗糙度小于1µm；
步骤S5：将步骤S4处理后的涂层样品置于无水乙醇中进行超声清洗；
步骤S6：将步骤S5处理后的涂层样品置于加热炉中加热，加热过程中通入空气使得涂层氧化。
2.根据权利要求1所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，MoSi2粉末经团聚造粒处理，粉末直径为45µm至60µm。
3.根据权利要求2所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的参数具体为：电压为52.7V，电流为600A，等离子气体Ar和H2的流量分别为35L/min和12L/min，载粉气体Ar的流量为2.6L/min。
4.根据权利要求3所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，超音速等离子喷涂设备的喷涂距离为110mm。
5.根据权利要求1所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，使用800目、1500目、2000目和3000目的砂纸对MoSi2涂层表面进行打磨。
6.根据权利要求1所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，清洗时间为60s。
7.根据权利要求1所述的提高45CrNi钢表面耐腐蚀磨损性能涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，涂层样品在加热炉升温至800℃后置入加热炉中，保温1h后随炉冷却。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20221025 |