專利名稱::納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法,特別涉及一種超音速火焰噴涂納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法,屬于表面工程
技術(shù)領(lǐng)域:
。
背景技術(shù):
:隨著表面工程技術(shù)的發(fā)展,將表面涂層技術(shù)與具有優(yōu)異機(jī)械、物理、化學(xué)等性能的納米材料結(jié)合,使制備高性能的納米結(jié)構(gòu)涂層成為可能。其中,熱噴涂技術(shù)具有工藝簡單、涂層和基體的選擇范圍廣、涂層厚度變化范圍大、沉積效率高以及容易形成復(fù)合涂層等優(yōu)點(diǎn)。利用熱噴涂制備的納米結(jié)構(gòu)涂層具備耐磨損、硬度和結(jié)合強(qiáng)度高、斷裂韌性好等優(yōu)點(diǎn)。美國納米材料公司通過特殊粘結(jié)處理制成專用熱噴涂納米粉,利用等離子噴涂得到納米結(jié)構(gòu)Al203/Ti02涂層,涂層致密度達(dá)98%。結(jié)合強(qiáng)度比商用普通粉末涂層提高2-3倍,抗磨損能力是商用普通粉末涂層的3倍,抗彎強(qiáng)度比商用普通粉末涂層提高2-3倍。美國Connecticut大學(xué)利用超音速火焰噴涂成功制備了納米結(jié)構(gòu)WC-10Co涂層,涂層具有較高的硬度、很好的結(jié)合強(qiáng)度和斷裂韌性,性能優(yōu)于傳統(tǒng)的WC-Co涂層。Chen等人利用大氣等離子噴涂制備了納米結(jié)構(gòu)Zr02涂層,涂層平均晶粒度大約為73nm,硬度為8.6GPa,為傳統(tǒng)涂層的1.6倍,耐磨性較傳統(tǒng)涂層有很大程度的提高,涂層微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化是涂層具有高耐磨性的主要因素。但是,目前的熱噴涂納米結(jié)構(gòu)涂層多為耐磨陶瓷涂層,這些涂層成本較高,大大限制了其應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法,以實(shí)現(xiàn)在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)涂層,拓寬納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,該方法包括在空氣壓力為0.40.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離,17ppm的送粉速度噴涂到基體上。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的鐵基涂層,實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,該鐵基涂層包括碳,重量百分比為0.21.3%;硼,重量百分比為2.05.0%;硅,重量百分比為3.05.0%;鎳,重量百分比為11.017.0%;鉻,重量百分比為16.022.0%;鉬,重量百分比為3.06.0%;鎢,重量百分比為1.04.0%;鐵,重量百分比為39.763.8%。上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,具有較高的性能,且制備成本低,具有廣泛的應(yīng)用范圍。3圖1為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層制備方法實(shí)施例的流程圖;圖2為本發(fā)明鐵基噴涂粉末500倍掃描形貌圖;圖3為本發(fā)明鐵基噴涂粉末10000倍掃描形貌圖;圖4為本發(fā)明鐵基涂層截面100000倍場發(fā)射掃描形貌圖。具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例,對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示,為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層制備方法實(shí)施例的流程圖,該方法包括步驟101、設(shè)置噴涂工藝參數(shù),將空氣壓力設(shè)為0.40.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力設(shè)為0.40.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力設(shè)為0.20.4MPa;步驟102、在空氣壓力為0.40.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離,17卯m的送粉速度噴涂到基體上。其中,優(yōu)選的空氣壓力為0.550.6MPa,優(yōu)選的一級(jí)燃燒室壓力為0.440.55MPa,優(yōu)選的二級(jí)燃燒室壓力為0.240.33MPa,優(yōu)選的噴涂距離為100200mm,優(yōu)選的送粉速度為26ppm。另外,上述噴涂粉末的制備方法包括將重量百分比分別為0.21.3%的碳,2.05.0%的硼B(yǎng),3.05.0%的硅,11.017.0%的鎳,16.022.0%的鉻,3.06.0%的鉬,1.04.0%的鎢,39.763.8%的Fe,在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化,經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎,冷凝成噴涂粉末。采用上述方法制備的噴涂粉末的粒度為550ym。其中,碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%,硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%,硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%,鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%,鉻的優(yōu)選重量百分比18.020.0%,鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%,鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%,鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。鐵基涂層制備方法實(shí)施例一將重量百分比分別為0.5%的碳(C),3.0%的硼(B),3.5%的硅(Si),13%的鎳(Ni),20X的鉻(Cr),4.0X的鉬(Mo),2.0的鴇(W),5贈(zèng)勺鐵(Fe)的鐵基合金噴涂粉末(粒度為550iim),利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層,噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.55MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.44MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.24MPa,噴涂距離為100mm,送粉速度為6卯m。以該實(shí)施例一為例,進(jìn)行噴涂粉末及涂層的微觀結(jié)構(gòu)分析。圖2為本發(fā)明鐵基噴涂粉末500倍掃描形貌圖,可以看出該粉末近似呈球形,具有良好的流動(dòng)性;從圖3中可以看出噴涂粉末的粒子尺寸為0.20.5iim,為亞微米結(jié)構(gòu);從圖4中可以看出涂層大部分粒子非常細(xì)小,為2050nm,由此可見,本發(fā)明鐵基涂層的制備方法可以利用亞微米結(jié)構(gòu)的噴涂粉末制備出納米結(jié)構(gòu)的Fe基涂層。鐵基涂層制備方法實(shí)施例二將重量百分比分別為0.7%的C,3.2%的B,3.7%的Si,14.0%的Ni,19.0%的Cr,5.0%的Mo,3.0%的W,51.4%的Fe的鐵基合金噴涂粉末(粒度為550ym),利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層,噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.60MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.49MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.28MPa,噴涂距離為150mm,送粉速度為4ppm。鐵基涂層制備方法實(shí)施例三將重量百分比分別為1.0%的C,3.5%的B,4.0%的Si,13%的Ni,20%的Cr,5.0%的Mo,3.0%的W,50.5%的Fe的鐵基合金噴涂粉末(粉末的粒度為550ym),利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層,噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.60MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.55MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.33MPa,噴涂距離為200mm,送粉速度為2卯m。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層包括碳,重量百分比為0.21.3%;硼,重量百分比為2.05.0%;硅,重量百分比為3.05.0%;鎳,重量百分比為11.017.0%;鉻,重量百分比為16.022.0%;鉬,重量百分比為3.06.0%;鎢,重量百分比為1.04.0%;鐵,重量百分比為39.763.8%。其中,碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%;硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%;硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%;鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%;鉻的優(yōu)選重量百分比為18.020.0%;鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%;鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%;鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。下面分別對采用上述實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性進(jìn)行測試。1、對涂層硬度進(jìn)行測試涂層經(jīng)拋光后,采用HXD-1000TM顯微硬度計(jì)測量涂層表面顯微硬度,采用上述實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的平均硬度分別為1148kg/cm2,1235kg/cm2和1286kg/cm、上述數(shù)據(jù)表明采用本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例三制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層具有較高的顯微硬度。2、對涂層耐磨性進(jìn)行測試采用立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)MMW-1進(jìn)行室溫?zé)o潤滑滑動(dòng)磨損試驗(yàn),摩擦副為①13mm的硬質(zhì)合金球,所加載荷為50N,轉(zhuǎn)速為200r/min,試驗(yàn)時(shí)間為60min。磨損量用失重表示,對比試樣為0Crl3Ni5Mo不銹鋼,采用實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的磨損失重分別為12.4mg、13.6mg、11.8mg,詳見表1,由此可見采用本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例三的鐵基涂層制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)涂層耐磨性較高。表l涂層及不銹鋼的磨損失重樣品載荷(N)磨損失重(mg)0Crl3Ni5Mo不銹鋼5032.6實(shí)例1Fe基涂層5012.45<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3、對涂層的耐蝕性進(jìn)行測試采用CHI660B電化學(xué)工作站測定涂層,在3.5%的氯化鈉(NaCl)溶液中電化學(xué)腐蝕性能。利用Tafel外推法確定涂層的腐蝕電流i。。,并計(jì)算腐蝕速度V。。,掃描速度為lmV/s。實(shí)驗(yàn)采用的參比電極為飽和甘滎電極,輔助電極為鉑電極,對比試樣為0Crl3Ni5Mo不銹鋼,采用實(shí)施例一至實(shí)施例三的鐵基涂層制備方法制備的鐵基涂層的試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2,從表2中可以看出本發(fā)明制備的納米結(jié)構(gòu)涂層耐蝕性較不銹鋼有一定程度的提高。表2涂層及不銹鋼的腐蝕電化學(xué)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,具有較高的性能,且制備成本低,具有廣泛的應(yīng)用范圍。最后所應(yīng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。權(quán)利要求一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于包括在空氣壓力為0.4~0.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.4~0.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.2~0.4MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50~250mm的噴涂距離,1~7ppm的送粉速度噴涂到基體上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于所述在空氣壓力為0.40.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離,17卯m的送粉速度噴涂到基體上包括在空氣壓力為0.550.6MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.440.55MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.240.33MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以100200mm的噴涂距離,26ppm的送粉速度噴涂到基體上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于所述噴涂粉末的制備方法包括將重量百分比分別為0.21.3%的碳,2.05.0%的硼B(yǎng),3.05.0%的硅,11.017.0%的鎳,16.022.0%的鉻,3.06.0%的鉬,1.04.0%的鴇,39.763.8%的鐵,在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化,經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎,冷凝成噴涂粉末。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于所述噴涂粉末的粒度為550iim。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于所述將重量百分比分別為0.21.3%的碳,2.05.0%的硼B(yǎng),3.05.0%的硅,11.017.0%的鎳,16.022.0%的鉻,3.06.0%的鉬,1.04.0%的鴇,39.763.8%的鐵,在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化,經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎,冷凝成噴涂粉末包括將重量百分比分別為0.51.0%的碳,3.03.5%的硼,3.54.0%的硅,13.015.0%的鎳,18.020.0%的鉻,4.05.0%的鉬,2.03.0%的鴇,49.562%的鐵,在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化,經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎,冷凝成噴涂粉末。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法,其特征在于所述噴涂粉末的粒度為550iim。7.—種應(yīng)用權(quán)利要求l-6任一所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,其特征在于包括碳,重量百分比為O.21.3%;硼,重量百分比為2.05.0%;硅,重量百分比為3.05.0%;鎳,重量百分比為11.017.0%;鉻,重量百分比為16.022.0%;鉬,重量百分比為3.06.0%;鎢,重量百分比為1.04.0%;鐵,重量百分比為39.763.8%。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,其特征在于所述碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%;硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%;硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%;鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%;鉻的優(yōu)選重量百分比為18.020.0%;鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%;鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%;鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。全文摘要本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法,其中,納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法包括在空氣壓力為0.4~0.8MPa,一級(jí)燃燒室壓力為0.4~0.6MPa,二級(jí)燃燒室壓力為0.2~0.4MPa的條件下,采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50~250mm的噴涂距離,1~7ppm的送粉速度噴涂到基體上。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的鐵基涂層,實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層,拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。文檔編號(hào)C23C4/12GK101736281SQ20081022715公開日2010年6月16日申請日期2008年11月24日優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日發(fā)明者徐德錄,李現(xiàn)兵,聶京凱,陳新,陳玉成,韓鈺,馬光申請人:中國電力科學(xué)研究院