CN1162567C - 金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 - Google Patents
金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1162567C CN1162567C CNB011386177A CN01138617A CN1162567C CN 1162567 C CN1162567 C CN 1162567C CN B011386177 A CNB011386177 A CN B011386177A CN 01138617 A CN01138617 A CN 01138617A CN 1162567 C CN1162567 C CN 1162567C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- powder
- coating
- metal
- composite powder
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
一种金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法，属于陶瓷涂层制备。主要解决难熔陶瓷涂层的制备及其性能的改善和降低成本的问题。其步骤是，(1)在钢基体表面喷沙；(2)把镍铝合金粉装入送粉器；(3)接通电源；(4)送氮气和氩气；(5)在钢基体表面喷涂镍铝合金底层；(6)将自反应复合粉装入送粉器，同时送氢气，在镍铝合金底层上喷自反应复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层。喷涂的工艺参数是送粉气流量为0.4m3/h，电弧功率为29～32kW，喷枪距离为90～130mm。该方法主要用于高温、磨损共存条件下的金属表面。
Description
技术领域
本发明属于一种金属/陶瓷涂层及其喷涂方法，特别涉及一种金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法。
背景技术
加拿大的B.champagne等人以FeTi合金粉、Ti粉、B粉为原料进行自蔓延烧结，粉碎烧结产物，然后，喷涂烧结产物，制备了TiB2-Fe涂层。喷涂过程与自反应没有结合在一起，TiB2不易熔化。G.cliché和S.dallaire以FeTi合金粉、Ti粉、石墨粉为原料制备了TiC-Fe涂层，其制备工艺是：FeTi合金粉、Ti粉分别在乙醇中研磨，然后混合，水洗，干燥，加入粘结剂、增塑剂、石墨，制成综合配料，喷浆制成小颗粒用于喷涂，其制备工艺复杂，制粉难度大，不适宜氧化物制粉。石墨在喷涂过程中极易烧损，不易喷涂。并且，无论是FeTi合金粉，还是Ti粉价格都非常昂贵，难以工业应用。
在CN1087956A专利文件中公开了一种一次性金属陶瓷复合喷涂粉末，该喷涂粉末中含有重金属，成本高；粉需经处理才能应用；粘结剂不易分解，影响涂层质量；喷涂中部分喷涂粉发生质的变化，形成以金属粉末材料为基的陶瓷/金属复合涂层。
在CN1047113A专利文件中公开了一种金属部件表面强化处理方法，喷涂中采用金属粉与氧化物、碳化物陶瓷粉或线材，热喷涂得到金属/陶瓷复合涂层，粉无质的变化，金属喷涂粉成本高，涂层制备工艺复杂。
通常采用的自蔓延法高温合成的反应速度快，温度高，过程难以控制，涂层的致密性差。
一般的喷涂方法所产生的涂层韧性、耐磨性和抗热震性能差，而且成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的问题，如自蔓延法高温合成的反应速度快，温度高，过程难以控制，涂层的致密性差。且主要用于管件内壁涂层的制备，不能在工件外壁制备涂层。一般的喷涂方法所产生的涂层韧性、耐磨性和抗热震性能差，而且成本高。本发明提供一种在金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法。直接通过喷涂的方法制备既有烧结特性又具有高致密特点的金属/陶瓷复合涂层，提高了陶瓷的韧性和耐磨性、抗热震性能。同时降低了成本。
本发明的技术解决方案如下：
金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法步骤如下：
(1)在要喷涂的钢基体表面喷沙，使表面粗化，并且裸露出新鲜的钢表面；
(2)把镍铝合金粉装入送粉器；
(3)接通控制柜电源；
(4)送氮气和氩气；
(5)接通喷枪电源，在钢基体表面喷涂镍铝合金底层；
(6)将自反应复合粉装入送粉器，同时送氢气，在镍铝合金底层上喷自反应复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层。
喷涂的工艺参数如下：
送粉气流量：0.4(m3/h)，
电弧功率：29～32KW，
喷枪距离：90～130mm。
金属/陶瓷复合涂层是以三氧化二铝陶瓷、铁铝尖晶石为基、金属及金属间化合物为第二相的复合涂层。
自反应复合粉的组成和配比如下：(重量％)
具有铝热反应的金属氧化物粉 60～85％，
铝粉 15～40％，
胶粘剂 适量。
具有铝热反应的金属氧化物粉是Fe2O3粉、Cr2O3粉、CrO3粉、NiO粉，粒度为-200～+400目。
铝粉的粒度为-360～+400目。
胶粘剂是聚乙烯醇，其浓度为65％～85％。
自反应复合粉的制备工艺步骤如下：
(1)将有铝热反应的金属氧化物粉和Al粉按比例放入球磨机内，同时加入适量乙醇，混合10～24小时，直至搅拌均匀；
(2)把搅拌均匀的混合粉干燥；
(3)在均匀的混合粉中加入胶粘剂，同时搅拌2～3个小时，直至混合粉变成大颗粒的复合粉；
(4)将制备好的大颗粒复合粉放入烘干箱内，在100～150℃温度下，恒温15～20小时，直至颗粒完全干燥；
(5)将干燥后的大颗粒复合粉放入粉碎机内粉碎，然后筛选-60～+250目之间的复合粉用于喷涂。
本发明与现有技术相比有如下有益效果：
1、复合粉原料资源丰富、价格低廉，制备方法简单，成本低。
2、合粉比例适当，成分均匀，Al粉以均匀弥散的方式分布在具有铝热反应的金属氧化物粉中，有利于用等离子焰流点燃及自反应连续进行。
3、通过控制复合粉的送粉量，电弧功率可控制自反应过程，克服自蔓延反应程度难以控制的不足。
4、焰流和反应热的共同作用可使反应生成的陶瓷充分熔化，熔化程度明显高于一般等离子喷涂得到的涂层。
5、反应所形成的陶瓷是Al2O3与更坚硬的FeAl2O4构成的复合陶瓷，FeAl2O4是用等离子喷涂Al2O3不可能得到的相。
6、反应程度受到控制，反应生成的熔融金属及金属间化合物来不及聚集，在陶瓷基体上以弥散颗粒状存在，缓解了陶瓷涂层内的应力，增强了涂层与基体的结合强度。
7、反应热是对等离子焰流能量的有效补充，从而实现了利用小功率的喷涂设备制备高熔点的陶瓷涂层。
8、陶瓷与金属的复合在一定程度上克服了陶瓷的脆性，提高了陶瓷的韧性。
9、自反应金属/陶瓷复合涂层耐磨性比Al2O3陶瓷涂层高1.2～1.5倍，抗热震性提高2～3倍。
附图说明
图1是-60～+80目的复合粉截面的光学显微照片100×；
图2是-60～+80目的复合粉喷制涂层的X-射线衍射结果；
图3是-60～+80目的复合粉喷制涂层背散射电子像；
图4是图3中A位置的能谱分析结果；
图5是图3中B位置的能谱分析结果；
图6是图3中C位置的能谱分析结果；
图7是图3中D位置的能谱分析结果；
图8是-60～+80目的复合粉喷制涂层的光学显微照片300×；
图9是-60～+80目的复合粉喷制涂层、Al2O3涂层、NiCrBSi涂层不同载荷磨损体积变化曲线；
图10是金属/陶瓷复合涂层以Al2O3涂层和NiCrBSi涂层为标样时相对耐磨性曲线；
图11是-120～+150目的复合粉截面的光学显微照片130×；
图12是-120～+150目的复合粉喷制涂层的X-射线衍射结果；
图13是-120～+150目的复合粉喷制涂层背散射电子像；
图14是图13中A位置的能谱分析结果；
图15是图13中B位置的能谱分析结果；
图16是图13中C位置的能谱分析结果；
图17是-120～+150目的复合粉喷制涂层的光学显微照片300×；
图18是-120～+150目的复合粉喷制涂层、Al2O3涂层、NiCrBSi涂层不同时间磨损体积变化曲线；
图19是-120～+150目的复合粉喷制涂层、Al2O3涂层、NiCrBSi涂层不同时间的摩擦系数变化曲线；
图20是-210～+250目的复合粉截面的光学显微照片150×；
图21是-210～+250目的复合粉喷制涂层的X-射线衍射结果；
图22是-210～+250目的复合粉喷制涂层SE电子像；
图23是-210～+250目的复合粉喷制涂层的光学显微照片300×；
图24是-210～+250目的复合粉喷制涂层、Al2O3涂层、NiCrBSi涂层不同载荷的磨损率曲线。
本发明的具体实施方式如下：
实施例1 在Q235钢上喷涂自反应复合粉合成1.2mm厚的金属/陶瓷复合涂层
1、制备自反应复合粉700g
(1)将1280g氧化铁(Fe2O3)粉和540g铝(Al)粉放入球磨机内，同时加入适量乙醇，混合20小时，直至搅拌均匀；
(2)搅拌均匀的混合粉干燥；
(3)在均匀的混合粉中加入250ml胶粘剂聚乙烯醇(PVA)，同时搅拌2.5个小时，直至混合粉变成大颗粒的复合粉；
(4)将制备好的大颗粒复合粉放入烘干箱内，在100℃温度下，恒温20小时，直至颗粒完全干燥；
(5)将干燥后的大颗粒复合粉放入粉碎机内粉碎，然后用筛子筛选-60～+80目之间的复合粉备用。
2、在Q235钢基材上进行等离子喷涂
(1)在Q235钢表面喷沙，使表面粗化，并且裸露出新鲜的金属表面；
(2)把镍铝合金粉装入送粉器。
(3)接通控制柜电源；
(4)送氮气和氩气；
(5)接通喷枪电源，在金属基体表面喷涂镍铝合金(Ni90)底层；
(6)将上述制备好的100g-60～+80目的复合粉装入送粉器，同时送氢气，控制电弧功率为29KW，喷枪距离为90mm，送粉气流量为0.5m3/h在镍铝合金底层上喷复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层。
经试验检测：
1、复合粉：
-60～+80目的复合粉的截面光学显微照片如图1所示。由图1可以看出Al弥散分布在Fe2O3中，说明复合粉内部混合均匀。这种结构有利于Fe2O3粉和Al粉充分进行氧化还原反应。也可观察到一些铝颗粒的聚集。这将造成Al及Fe2O3的局部过剩，不能使自反应充分进行，相反，过剩的Fe2O3被还原成FeO，FeO与自反应生成物Al2O3反应生成FeAl2O4( )，自反应生成的Fe与剩余Al形成Fe-Al合金或FeAl和Fe3Al金属间化合物。这些相的存在对提高涂层性能是有利的
2、涂层厚度为1.2mm
(1)涂层的成分、组织、结构
涂层的X-射线衍射结果如图2所示，从X-射线衍射结果可以看出喷的复合粉已经反应生成了Al2O3、FeAl2O4、FeAl合金等。
在扫描电镜下观察涂层组织如图3所示。
对图3中涂层组织的A、B、C、D部位进行了能谱分析见图4、5、6、7所示，由此可知，整个涂层是由金属Fe、铁铝合金、Al2O3陶瓷、FeAl2O4尖晶石多相组成。
涂层的金相显微照片如图8所示，由图8结合附图3、4、5、6、7可知涂层是由Al2O3陶瓷相、FeAl2O4尖晶石相和Fe金属相、Fe-Al合金相相间存在，互相交错，呈波浪式堆叠在一起呈层状结构。FeAl2O4尖晶石和Al2O3陶瓷相构成了涂层的结构支架。一些硬度较低的金属相和反应不充分的物质，填充了支架的间隙。支架硬度高韧性差，硬度低的金属相有较高的断裂韧性，这种性能上的良好配合，使涂层具有较高的综合强度。因此通过反应等离子喷涂在基材上生成涂层，相当于在硬度低的基体上包覆了一层高硬度和较高断裂韧性壳体材料，大大提高了基体材料的耐磨性能。
(2)涂层的性能：
A、涂层的孔隙率：
金属/陶瓷复合涂层的孔隙率与等离子喷涂纯Al2O3涂层及自蔓延制备的涂层的比较如表1。由表1可看出金属/陶瓷复合涂层的孔隙率明显小于自蔓延涂层及纯Al2O3涂层。
表1金属/陶瓷复合涂层、自蔓延涂层及Al2O3涂层气孔率的比较
| 涂层 | 密度(g/mm3) | 开口孔隙率 |
| 金属/陶瓷复合涂层 | 4.3702 | 0.063 |
| 自蔓延涂层 | 3.9518 | 0.079 |
| 等离子喷涂Al2O3涂层 | 3.742 | 0.075 |
B、金属/陶瓷复合涂层的显微硬度：
表2是金属/陶瓷复合涂层不同组织形貌的显微硬度。金属/陶瓷复合涂层中陶瓷相的硬度高，其硬度值达到了1310HV，菱形压痕的尖角出现裂纹，并且向各个方向扩展，这说明其脆性高，韧性差；但是，金属相的硬度低，韧性高。金属/陶瓷复合涂层脆韧相相间的结构，保证了硬度与断裂韧性的良好结合，使涂层较纯陶瓷涂层韧性提高，对提高耐磨性是非常有利的。
表2金属/陶瓷复合涂层不同组织形貌的显微硬度
| 组织颜色 | 灰色相(铁铝尖晶石) | 黑色相(Al2O3陶瓷) | 白色相(金属及合金) |
| 显微硬度(HV) | 985 | 1310 | 252 |
C、金属/陶瓷复合涂层的摩擦磨损特性
以Al2O3涂层和NiCrBSi涂层为标样，在不同载荷下进行磨损试验。图9是在无润滑条件下，不同涂层在不同载荷的磨损体积变化曲线，图中的1是Al2O3涂层的磨损体积曲线，2是金属/陶瓷复合涂层的磨损体积曲线，3是NiCrBSi涂层的磨损体积曲线。从磨损体积曲线可以观察到：载荷超过392N以后，Al2O3陶瓷涂层的磨损量是金属/陶瓷复合涂层的1.5倍；在此载荷下，金属/陶瓷复合涂层的体积磨损量低于比NiCrBSi涂层，高载荷下金属/陶瓷复合涂层的相对耐磨性略高于NiCrBSi涂层。
图10是金属/陶瓷复合涂层相对于其它两种涂层的相对耐磨性曲线。图中1是金属/陶瓷复合涂层相对Al2O3涂层的耐磨性曲线，2是金属/陶瓷复合涂层相对NiCrBSi涂层耐磨性曲线。与Al2O3陶瓷涂层相比，相对耐磨性ε相的数值是1.2～1.5，与NiCrBSi涂层相比，相对耐磨性ε相的数值在1附近，说明金属/陶瓷复合涂层耐磨性比Al2O3高，与NiCrBSi涂层耐磨性相当，但金属/陶瓷复合涂层的制备成本远远小于NiCrBSi涂层。
D、金属/陶瓷复合涂层结合强度
采用国际GB8642-88对偶试样拉伸法，试验发现，6对金属/陶瓷复合涂层试样的结合强度平均值是23.12MPa，纯Al2O3涂层的结合强度是18.17MPa，金属/陶瓷复合涂层的结合强度明显高于纯Al2O3涂层
E、金属/陶瓷复合涂层的抗热震性能
表3和表4是金属/陶瓷复合涂层与Al2O3涂层和ZrO2涂层的抗热震性比较：金属/陶瓷复合涂层的抗热震性最好，800℃加热，淬20℃的水循环1次涂层无明显变化，循环2次在涂层的边沿位置出现微裂纹，3次边沿出现块状剥落，4次涂层边沿全部剥落，涂层在粘结底层与金属/陶瓷复合涂层之间裂开。抗热震性能比ZrO2涂层高。1000℃时加热，空冷循环，表现为第5次在边沿部位产生小块剥落，第6次涂层全部剥落。而Al2O3-Ni/Al梯度涂层的抗热震次数只有4次。抗热震性能比Al2O3-Ni/Al梯度涂层高。
表3不同涂层800℃加热耐热冲击试验结果(20℃水淬)
| 涂层 | Al2O3 | ZrO2 | 金属/陶瓷复合涂层 |
| 循环次数 | 1 | 2 | 4 |
表4不同涂层1000℃热冲击实验结果(空冷)
| 涂层 | 金属/陶瓷复合涂层 | Al2O3梯度涂层 |
| 循环次数 | 6 | 4 |
实施例2：在低碳钢上喷涂自反应复合粉合成1.0～1.2mm厚的金属/陶瓷复合涂层
1、制备自反应复合粉600g
(1)1120g氧化铁(Fe2O3)粉和470g铝(Al)粉放入球磨机内，同时加入适量乙醇，混合18小时，直至搅拌均匀；
(2)拌均匀的混合粉干燥；
(3)在均匀的混合粉中加入220ml胶粘剂聚乙烯醇(PVA)，同时搅拌2个小时，直至混合粉变成大颗粒的复合粉；
(4)将制备好的大颗粒复合粉放入烘干箱内，在150℃温度下，恒温1小时，直至颗粒完全干燥；
(5)将干燥后的大颗粒复合粉放入粉碎机内粉碎，然后用筛子筛选-120～+150目之间的复合粉备用。
2、在低碳钢基材上进行等离子喷涂
(1)在低碳钢表面喷沙，使表面粗化，并且裸露出新鲜的金属表面；
(2)把镍铝合金粉装入送粉器。
(3)接通控制柜电源；
(4)送氮气和氩气；
(5)接通喷枪电源，在金属基体表面喷涂镍铝合金(Ni90)底层；
(6)将上述制备好的150g-120～+150目的复合粉装入送粉器，同时送氢气，控制电弧功率为31KW，喷枪距离为110mm，送粉气流量为0.4m3/h在镍铝合金底层上喷复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层。
经试验检测：
1、复合粉：
-120～+150目的复合粉的截面光学显微照片如图11所示。由图11可以看出Al弥散分布在Fe2O3中，说明复合粉内部基本混合均匀。这种结构有利于Fe2O3粉和Al粉充分进行氧化还原反应。
2、涂层厚度为1.1mm
(1)涂层的成分、组织、结构
涂层的X-射线衍射结果如图12所示，从X-射线衍射结果可以看出喷的复合粉已经反应生成了Al2O3、FeAl2O4、Fe6Al合金等。
在扫描电镜下观察涂层组织如图13所示。
对图13中涂层组织的A、B、C部位进行了能谱分析见图14、15、16所示，由此可知，整个涂层是由金属Fe、FeAl2O4尖晶石、Al2O3陶瓷和FeAl2O4尖晶石多相组成。
涂层的金相显微照片如图17所示，由图17结合图13、14、15、16可知涂层的结构是Al2O3陶瓷相、FeAl2O4尖晶石相等陶瓷为基体，Fe金属相和铁铝合金为第二相的复合涂层。
(2)涂层的性能：
A、涂层的孔隙率：
自反应Al2O3+Fe复合涂层的孔隙率与等离子喷涂纯Al2O3涂层及自蔓延制备的涂层的比较如表5。由表5可看出金属/陶瓷复合涂层的孔隙率明显小于自蔓延涂层及纯Al2O3涂层。
表5.金属/陶瓷复合涂层、自蔓延涂层及Al2O3涂层气孔率的比较
| 涂层 | 密度(g/mm3) | 开口孔隙率 |
| 金属/陶瓷复合涂层 | 4.2605 | 0.064 |
| 自蔓延涂层 | 3.8988 | 0.080 |
| 等离子喷涂Al2O3涂层 | 3.756 | 0.076 |
B、金属/陶瓷复合涂层的显微硬度
表6金属/陶瓷复合涂层不同组织形貌的显微硬度
| 组织颜色 | 灰色相(铁铝尖晶石) | 黑色相(Al2O3陶瓷) | 白色相(金属及合金) |
| 显微硬度(HV) | 970 | 1290 | 260 |
C、金属/陶瓷复合涂层的摩擦磨损特性
以Al2O3涂层和NiCrBSi涂层为标样，对三种涂层均施加196N的载荷，在滑动速度0.4m/s条件下对涂层进行不同时间磨损试验。图18是在无润滑条件下不同涂层的磨损体积变化曲线，其中1是金属/陶瓷复合涂层的磨损体积曲线，2是Al2O3涂层的磨损体积曲线，3是NiCrBSi涂层的磨损体积曲线。从磨损体积可以观察到：金属/陶瓷复合涂层比Al2O3涂层磨损体积小得多，与NiCrBSi涂层磨损特征曲线的走势是相同的，只是体积磨损量比NiCrBSi涂层稍大。
图19是三种涂层的磨损系数与时间的关系曲线，其中1是金属/陶瓷复合涂层的磨擦系数曲线，2是Al2O3涂层的磨擦系数曲线，3是NiCrBSi涂层的磨擦系数曲线，随时间的延长，三种涂层的磨损趋于稳定，磨损系数降低。45min以后摩擦力距基本不再发生变化。总的来说摩擦系数在0.54-0.78之间。相对而言，Al2O3的减磨性最差。对三种涂层进行载荷为294N，滑动速度为0.4m/s，磨损时间150min的稳定磨损试验。试验结果如表7。由表7得出金属/陶瓷复合涂层与NiCrBSi涂层的磨损率相当，但是，金属/陶瓷复合涂层的制备成本是NiCrBSi涂层的1/5，进入稳定磨损阶段以后三种涂层的摩擦系数都比较小。
表7三种涂层在磨损参数为294N，0.4m/s，2.5h的磨损特性
| 涂层 | 自反应复合涂层 | Al2O3涂层 | NiCrBSi涂层 |
| 磨损率(10-6mm3/N.m) | 1.6609 | 5.0485 | 1.5471 |
| 稳定磨损系数 | 0.3511 | 0.3614 | 0.3498 |
D、复合涂层结合强度
采用国际GB8642-88对偶试样拉伸法，试验发现，6对金属/陶瓷复合涂层试样的结合强度平均值是20.92MPa，纯Al2O3涂层的结合强度是18.17MPa，金属/陶瓷复合涂层的结合强度明显高于纯Al2O3涂层
E、金属/陶瓷复合涂层的抗热震性能
表6和7是金属/陶瓷复合涂层与Al2O3-Ni/Al涂层和ZrO2涂层的抗热震性比较：800℃加热20℃水淬时，金属/陶瓷复合涂层的抗热震性最好，涂层在粘结底层与金属/陶瓷复合涂层之间裂开，1000℃加热随后空冷，表现为第4次在边沿部位产生小块剥落，第5次涂层全部剥落。而Al2O3-Ni/Al梯度涂层的抗热震次数只有4次。
表8不同涂层800℃加热耐热冲击试验结果
| 涂层 | Al2O3 | ZrO2 | 金属/陶瓷复合涂层 |
| 循环次数 | 1 | 2 | 4 |
表9不同涂层1000℃耐热冲击试验结果
| 涂层 | 金属/陶瓷复合涂层 | Al2O3梯度涂层 |
| 循环次数 | 5 | 4 |
实施例3 在低碳钢上喷涂自反应复合粉合成1.0～1.2mm厚的金属/陶瓷复合涂层
1、制备自反应复合粉800g
(1)1440g氧化铁(Fe2O3)粉和600g铝(Al)粉放入球磨机内，同时加入适量乙醇，混合24小时，直至搅拌均匀；
(2)拌均匀的混合粉干燥；
(3)在均匀的混合粉中加入300ml胶粘剂聚乙烯醇(PVA)，同时搅拌3个小时，直至混合粉变成大颗粒的复合粉；
(4)将制备好的大颗粒复合粉放入烘干箱内，在120℃温度下，恒温15小时，直至颗粒完全干燥；
(5)将干燥后的大颗粒复合粉放入粉碎机内粉碎，然后用筛子筛选-210～+250目之间的复合粉备用。
2、在低碳钢基材上进行等离子喷涂
(1)在低碳钢表面喷沙，使表面粗化，并且裸露出新鲜的金属表面；
(2)把镍铝合金粉装入送粉器。
(3)接通控制柜电源；
(4)送氮气和氩气；
(5)接通喷枪电源，在金属基体表面喷涂镍铝合金(Ni90)底层；
(6)将上述制备好的160g-210～+250目的复合粉装入送粉器，同时送氢气，控制电弧功率为33KW，喷枪距离为130mm，送粉气流量为0.4m3/h在镍铝合金底层上喷复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层。
经试验检测：
1、复合粉：
-210～+250目的复合粉的截面光学显微照片如图20所示。由图20可以看出Al弥散分布在Fe2O3中，说明复合粉内部基本混合均匀。这种结构有利于Fe2O3粉和Al粉充分进行氧化还原反应。
2、涂层厚度为1.0mm
(1)涂层的成分、组织、结构
涂层的X-射线衍射结果如图21所示，从X-射线衍射结果可以看出喷的复合粉已经反应生成了Al2O3、FeAl2O4、FeAl合金等。
在扫描电镜下观察涂层组织如图22所示。由此可知，整个涂层是由金属Fe、FeAl2O4尖晶石、Al2O3陶瓷和FeAl2O4尖晶石多相组成。
涂层的金相显微照片如图23所示，由图23结合图21、22可知涂层的结构是Al2O3陶瓷相、FeAl2O4尖晶石相等陶瓷为基体，Fe金属相和铁铝合金为第二相的复合涂层。
(2)涂层的性能：
A、涂层的孔隙率：
金属/陶瓷复合涂层的孔隙率与等离子喷涂纯Al2O3涂层及自蔓延制备的涂层的比较如表10。由表10可看出金属/陶瓷复合涂层的孔隙率明显小于自蔓延涂层及纯Al2O3涂层。
表10.金属/陶瓷复合涂层、自蔓延涂层及Al2O3涂层气孔率的比较
| 涂层 | 密度(g/mm3) | 开口孔隙率 |
| 金属/陶瓷复合涂层 | 4.3516 | 0.065 |
| 自蔓延涂层 | 3.9087 | 0.081 |
| 等离子喷涂Al2O3涂层 | 3.7906 | 0.077 |
B、金属/陶瓷复合涂层的显微硬度
表11金属/陶瓷复合涂层不同组织形貌的显微硬度。
| 组织颜色 | 灰色相(铁铝尖晶石) | 黑色相(Al2O3陶瓷) | 白色相(金属及合金) |
| 显微硬度(HV) | 980 | 1285 | 250 |
C、金属/陶瓷复合涂层的摩擦磨损特性
以Al2O3涂层和NiCrBSi涂层为标样，对三种涂层施加不同的载荷，滑动速度为0.4m/s，图24是在无润滑条件下不同涂层磨损率与载荷间的关系曲线。图中1是金属/陶瓷复合涂层的磨损率曲线，2是Al2O3涂层的磨损率曲线，3是NiCrBSi涂层的磨损率曲线。从磨损率曲线可以观察到：在200N附近金属/陶瓷复合涂层磨损率曲线出现了最低点，说明这种涂层比较适合在此载荷下工作。随着载荷的增大，金属/陶瓷复合涂层的磨损率的斜率小于其他两种涂层。载荷超过392N后，金属/陶瓷复合涂层的磨损率最低。这说明金属/陶瓷复合涂层比其它两种涂层更能承受高载荷磨损。
D、金属/陶瓷复合涂层结合强度
采用国际GB8642-88对偶试样拉伸法，试验发现，6对金属/陶瓷复合涂层试样的结合强度平均值是22.34MPa，纯Al2O3涂层的结合强度是18.17MPa，金属/陶瓷复合涂层的结合强度明显高于纯Al2O3涂层
E、金属/陶瓷复合涂层的抗热震性能
表19和表20是金属/陶瓷复合涂层与Al2O3-Ni/Al涂层和ZrO2涂层的抗热震性比较：金属/陶瓷复合涂层的抗热震性最好，涂层在粘结底层与金属/陶瓷复合涂层之间裂开，抗热震性能比ZrO2涂层好。1000℃时加热，空冷表现为第4次在边沿部位产生小块剥落，第5次涂层全部剥落。而Al2O3-Ni/Al梯度涂层的抗热震次数只有4次。
表12.不同涂层800℃加热耐热冲击试验结果
| 涂层 | Al2O3 | ZrO2 | 金属/陶瓷复合涂层 |
| 循环次数 | 1 | 2 | 4 |
表13.不同涂层1000℃加热耐热冲击试验结果
| 涂层 | 金属/陶瓷复合涂层 | Al2O3梯度涂层 |
| 循环次数 | 5 | 4 |
上述实施例以三氧化二铁(Fe2O3)为例，其他可用于制备复合粉、喷涂的金属氧化物，与铝的反应式如下，不再一一详述。
Claims (6)
1、一种金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法，其步骤是，
(1)在要喷涂的钢基体表面喷沙，使表面粗化，并且裸露出新鲜的钢表面；
(2)把镍铝合金粉装入送粉器；
(3)接通控制柜电源；
(4)送氮气和氩气；
(5)接通喷枪电源，在钢基体表面喷涂镍铝合金底层；
其特征在于：将自反应复合粉装入送粉器，同时送氢气，在镍铝合金底层上喷自反应复合粉，制成金属/陶瓷复合涂层，喷涂的工艺参数如下：
送粉气流量：0.4m3/h，
电弧功率：29～32KW，
喷枪距离：90～130mm。
2、如权利要求1所说的自反应复合粉，其特征在于：自反应复合粉组成的重量％如下：
具有铝热反应的金属氧化物粉 60～85％，
铝粉 15～40％，
胶粘剂 适量。
3、按照权利要求2所说的自反应复合粉，其特征在于：具有铝热反应的金属氧化物粉是Fe2O3粉、Cr2O3粉、CrO3粉、NiO粉，粒度为-200～+400目。
4、按照权利要求2所说的自反应复合粉，其特征在于：铝粉的粒度为-360～+400目。
5、按照权利要求2所说的自反应复合粉，其特征在于：胶粘剂是聚乙烯醇，其浓度为65％～85％。
6、如权利要求1或2所说的自反应复合粉的制备方法，其特征在于：制粉的工艺步骤如下：
(1) 具有铝热反应的金属氧化物粉和Al粉按比例放入球磨机内，同时加入适量乙醇，混合10～24小时，直至搅拌均匀；
(2)把搅拌均匀的混合粉干燥；
(3)在均匀的混合粉中加入胶粘剂，同时搅拌2～3个小时，直至混合粉变成大颗粒的复合粉；
(4)将制备好的大颗粒复合粉放入烘干箱内，在100～150℃温度下，恒温15～20小时，直至颗粒完全干燥；
(5)将干燥后的大颗粒复合粉放入粉碎机内粉碎，然后筛选-60～+250目之间的复合粉用于喷涂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011386177A CN1162567C (zh) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB011386177A CN1162567C (zh) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1370852A CN1370852A (zh) | 2002-09-25 |
| CN1162567C true CN1162567C (zh) | 2004-08-18 |
Family
ID=4674614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB011386177A Expired - Fee Related CN1162567C (zh) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1162567C (zh) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100448800C (zh) * | 2007-04-17 | 2009-01-07 | 陕西科技大学 | 火焰热喷涂铝热剂包裹碳化硅颗粒陶瓷涂层的制备方法 |
| CN102021556B (zh) * | 2009-09-16 | 2013-06-12 | 中国科学院金属研究所 | 一种牵引电机轴承用绝缘涂层及其制备方法 |
| CN101992297A (zh) * | 2010-11-05 | 2011-03-30 | 福州阿石创光电子材料有限公司 | 陶瓷金属复合模具及其制造工艺 |
| CN102151937B (zh) * | 2010-12-15 | 2013-10-16 | 清华大学 | 原位合成金属基复合材料堆焊层的自蔓延高温合成方法 |
| CN103602941B (zh) * | 2013-11-28 | 2016-04-20 | 国家电网公司 | 一种铁氧体导电涂层及制备方法 |
| CN104357779A (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-18 | 中国第一重型机械股份公司 | 一种铁铝金属间化合物涂层涂料及其喷涂方法 |
| CN104762584B (zh) * | 2015-01-26 | 2017-05-17 | 河北工业大学 | 反应喷涂陶瓷固溶体基陶瓷‑金属共晶纳米复合涂层的制备方法 |
| CN105200363B (zh) * | 2015-09-18 | 2017-06-27 | 河北工业大学 | 一种陶瓷/铁基非晶复合涂层的制备方法 |
| CN105458269B (zh) * | 2015-12-01 | 2017-12-05 | 南通大学 | 一种耐磨涂层的制备方法 |
| CN105948730B (zh) * | 2016-04-28 | 2019-03-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种铁铝尖晶石的制备方法 |
| CN106319430A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-01-11 | 扬州大学 | 一种气缸套内壁再制造涂层的制备方法 |
| CN107824630B (zh) * | 2017-10-23 | 2019-05-10 | 江苏兴达钢帘线股份有限公司 | 一种金属线、其制造方法及轮胎 |
| CN109526070B (zh) * | 2018-11-30 | 2021-08-03 | 苏州艾默特材料技术有限公司 | 一种具有金属陶瓷复合涂层的加热元件 |
| CN110158015A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-23 | 承德铱格斯曼航空科技有限公司 | 一种金属陶瓷复合吸波涂层结构及制造方法 |
| CN110405196B (zh) * | 2019-08-21 | 2022-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 铁氧体/还原性金属复合颗粒的制备方法及基于激光3d打印制备高温隐身涂层的方法 |
| CN112773202B (zh) * | 2019-11-08 | 2022-06-03 | 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 | 复合涂层及制备方法、锅具、烹饪器具 |
| CN111270190B (zh) * | 2020-03-15 | 2022-04-01 | 河北工业大学 | 高熵陶瓷-氧化铝复合涂层的制备方法 |
| CN111876717B (zh) * | 2020-07-14 | 2022-07-08 | 江苏科环新材料有限公司 | 用于垃圾焚烧炉炉排片的耐高温防磨蚀重熔镍基复合材料涂层及其制备方法 |
-
2001
- 2001-12-28 CN CNB011386177A patent/CN1162567C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1370852A (zh) | 2002-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1162567C (zh) | 金属表面喷涂自反应复合粉合成金属/陶瓷复合涂层的方法 | |
| CN1854104A (zh) | 固体溶液粉末、陶瓷、金属陶瓷粉末、金属陶瓷及制备法 | |
| CN1097639C (zh) | 钛基复合材料、其制备方法以及发动机阀门 | |
| CN1048290C (zh) | 切削性和尺寸精度优良的雾化钢粉 | |
| CN1069290C (zh) | α－氧化铝粉末及其生产方法 | |
| CN1185370C (zh) | 用于电池壳体的表面处理钢板及其制造方法、使用该表面处理钢板的电池壳体和使用该电池壳体的电池 | |
| CN1793038A (zh) | 利用微波技术烧结Sialon结合碳化硅耐火材料的方法 | |
| CN101063187A (zh) | 一种陶瓷－金属复合材料的制备方法 | |
| CN1011046B (zh) | 灰铸铁的孕育剂 | |
| CN1056674A (zh) | 陶瓷微球粒 | |
| CN1276114C (zh) | 具有良好切削性和切屑破碎性的机械结构用钢 | |
| CN1644280A (zh) | 粉末冶金用铁基混合粉 | |
| CN87108122A (zh) | 烧成球团矿烧结块的制造方法 | |
| CN101058116A (zh) | 鱼雷罐内衬结构和鱼雷罐用铝碳化硅碳砖、高铝砖 | |
| CN87105177A (zh) | 生产钕铁硼永久磁铁的方法 | |
| CN1023795C (zh) | 金属陶瓷切削刀具 | |
| CN1803908A (zh) | 一种聚丙烯塑料及其制备方法 | |
| CN1736954A (zh) | 混铁炉浇注料 | |
| CN1798872A (zh) | 放电表面处理用电极、放电表面处理用电极的制造方法和评价方法、放电表面处理装置和放电表面处理方法 | |
| CN1219812C (zh) | 聚合物乳液 | |
| CN1168787C (zh) | 一种远红外节能涂料 | |
| CN1884433A (zh) | 一种具备荧光性蓄能型长余辉发光材料及其制备方法 | |
| CN1156413C (zh) | 锰锌铁氧体磁芯的制造方法和锰锌基铁氧体磁芯 | |
| CN1072007A (zh) | 耐磨耐腐蚀复合钢管及其制造方法 | |
| CN1097097C (zh) | 耐蚀合金,制备方法及由该合金制得的制品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |