一种用于汽车发动机热端部件防护的铁基热障涂层材料及其制备方法，属于隔热防护材料技术领域。选用高纯度金属与合金，包括：铁、铬、钼、碳、硅、铒以及硼铁等，采用用高压Ar气气体雾化法制备合金粉末，最终获得粒度均在20～43μm的合金粉末，合金粉末中元素成分的质量百分含量为：Cr:5-20wt.%；Mo:15-30wt.%；C:1-4wt.%；B:0.5-3wt.%；Si：0.5-2.5wt.%；Er:0.5-3wt.%，Fe及不可避免的杂质:余量。采用超音速火焰喷涂工艺制备铁基非晶隔热涂层，本发明专利技术制备的涂层具有相对较低的热导率，可用于汽车发动机热端部件的防护。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种用于汽车发动机热端部件防护的铁基热障涂层材料及其制备方法，属于隔热防护材料
。选用高纯度金属与合金，包括：铁、铬、钼、碳、硅、铒以及硼铁等，采用用高压Ar气气体雾化法制备合金粉末，最终获得粒度均在20～43μm的合金粉末，合金粉末中元素成分的质量百分含量为：Cr:5-20wt.%；Mo:15-30wt.%；C:1-4wt.%；B:0.5-3wt.%；Si：0.5-2.5wt.%；Er:0.5-3wt.%，Fe及不可避免的杂质:余量。采用超音速火焰喷涂工艺制备铁基非晶隔热涂层，本专利技术制备的涂层具有相对较低的热导率，可用于汽车发动机热端部件的防护。【专利说明】
本专利技术属于隔热防护材料领域，具体涉及一种用于汽车发动机热端部件的铁基热障涂层材料及其制备方法。
技术介绍
自19世纪以来，汽车工业及相关科学技术取得了高速发展，不仅为人们带来了舒适便利的生活条件，也代表了同期较高的科技发展水平。然而，其负面效应所引发的环境负担越来越受到社会的广泛重视，其中，尾气排放中所富含的CO、碳氢化合物(HC)、NOx和固体粉尘颗粒等已成为导致城市空气污染和居民呼吸道疾病频发的重要原因之一，而大量不可再生燃料的消耗也引发了能源危机。在节能减排方针的指引下，汽车发动机的改造成为必然趋势。其中引入低散热(low-heat rejection, LHR)发动机的设计理念可有效提高热能利用率，并降低污染物的排放，同时减少冷却系统的使用以达到车身减重，从而降低能源消耗。现阶段，包括缸内直喷和涡轮增压等技术的成熟开发和应用，有效提高了发动机的燃油利用率。而对于未来发展方向，在现行标准上增加汽缸内燃烧温度及压力，不仅可以进一步提高能源利用率，同时充分燃烧也能够有效降低排放，这已成为以德国为代表的欧盟国家的主要研发目标，并将参考制定欧6排放标准。但是，除了磨损、腐蚀等方面的考虑，增加燃烧温度所面临的主要问题之一是接近甚至超过铝合金结构材料的耐热极限，尤其是对于一些难以进行冷却设计的热端部件(如活塞、气门等)。近些年热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)技术的系统研究及其在航空发动机上的成功应用，为汽车发动机热端部件材料的热防护问题提供了较好的参考。目前，国内外针对TBCs的研究均以陶瓷材料为主，较为典型的如氧化钇稳定氧化锆(YSZ, Zr02/6-8Y203)，采用等离子喷涂或物理气相沉积技术制备的YSZ涂层已在航空发动机叶片上得到了广泛应用。相比于航空发动机工作环境，汽车发动机缸体内的工作温度较低，典型汽油机热端材料的服役温度通常在300~500°C之间，这使得采用金属基材料制备防护涂层可以作为一种可行的研究思路，而其相对较好的韧性能够有效弥补陶瓷涂层的缺陷。在涂层制备方法中，超音速火焰喷涂(HVOF)具有其鲜明的工艺特点，包括超高的焰流速度和相对较低的温度，涂层致密，结合强度高等特点，是制备金属基非晶涂层的有效方法之一。经检索，目前并无采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备铁基非晶热障涂层相关技术的专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低热导率的金属基隔热涂层材料及其涂层制备方法。—种铁基热障涂层合金粉末材料,其特征在于,合金粉末粒度均在20~43μηι,合金粉末中元素成分的质量百分含量为:Cr: 5-20wt.% ；Mo: 15_30wt.% ；C: l_4wt.% ；B:0.5-3wt.% ；Si:0.5-2.5wt.% ；Er:0.5-3wt.%，Fe 及不可避免的杂质:余量。优选所述铁基涂层用的合金粉末的元素质量百分含量为:Cr:8-18Wt.%;Mo: 18-28wt.% ；C: 1.5-3.6wt.% ；B:0.8-2.5wt.% ；S1:0.5-2wt.% ；Er:0.5-2.5wt.% ；Fe 及不可避免的杂质:余量。采用本专利技术上述多元合金粉末材料制备一种低热导率的金属基隔热涂层，其特征在于，包括如下步骤:步骤1、选用铁、铬、钥、碳、硅、铒以及硼铁，其中金属为高纯度金属(质量含量99.9%)，硼铁中B的质量含量:18.25% ;优选采用高压Ar气气体雾化法制备合金粉末，最终获得粒径均在20~43μπι的合金粉末，合金粉末中元素成分的质量百分含量为:Cr:5-20wt.% ；Mo:15-30wt.% ；C: l-4wt.% ；B:0.5-3wt.% ；S1:0.5-2.5wt.% ；Er:0.5-3wt.%,, Fe及不可避免的杂质:余量；步骤2、对金属基体表面进行预处理去除表面氧化膜以及污垢，然后对基材进行喷砂处理；步骤3、将步骤I粉末采用超音速火焰喷涂(High velocity oxygen fuel, HVOF)工艺制备铁基隔热涂层，喷涂工艺参数为:煤油流量:22-28L/h，氧气流量2100-2250SCH1，送粉率:4.5-6r/min,喷涂距离:350-400mm，送粉气流量:12SCHL对步骤3所述喷涂工艺进行优化，工艺参数为:煤油流量:24_28L/h，氧气流量2150-2250SCFH,送粉率:5r/min,喷涂距离:350mm,送粉气流量:12SCHL步骤2中的金属基体优选铝合金基体。采用上述方法制备得到的一种具有相对较低热导率的铁基隔热涂层。本专利技术采用超音速火焰喷涂方法制备的一种铁基非晶涂层所具有的低热导率主要是其自身组分所决定的。其作用为:根据非晶形成的经验准则，认为多组元且主要组元之间的原子尺寸比差异较大以及混合热为负值的体系具有较高的非晶形成能力。原子尺寸的差别是影响非晶合金形成与稳定性的重要因素。Cr、Mo:原子尺寸较大，同时在合金体系中可以显著提高合金的抗氧化性和耐腐蚀性以及相对耐磨性。Er:大尺寸原子，稀土元素，明显提高合金体系的非晶形成能力，有助于形成非晶/纳米晶涂层，室温下热导率约为20-25W/mK。Si，B，C元素:类金属元素，原子半径小，增加合金系液体结构的无规堆错性和拓扑结构复杂性，促使非晶的形成，同时其具有相对较低的热导率和电导率。涂层的隔热效果是通过各个元素相互协同作用决定的，并不是单一元素决定的。本专利技术与常规的陶瓷基热障涂层相比，该金属基热障涂层具有以下特点:1、具有较低的热导率，可达到3.05ff/mK ；1、金属基涂层表现出相对较好的韧性，能够有效弥补陶瓷涂层的缺陷；3、能够与金属基体具有更好的热膨胀匹配性，并简化制备工艺(无需粘结层)、降低成本。4、本专利技术制备的非晶涂层在保持较好的耐磨耐蚀性的同时具有较低的热导率。本专利技术可用于汽车发动机热端部件防护，提供有利的技术指导和适宜的解决方案。【专利附图】【附图说明】图1实施例1制备的非晶涂层XRD分析图谱；图2实施例1制备的非晶涂层SEM典型形貌特征；图3实施例1制备的非晶涂层的差热分析(DSC)。【具体实施方式】下面通过实施例进一步阐明本专利技术的实质性特点和显著优点，本专利技术决非仅局限于所陈述的实施例。制备一种无添加硬质相的高硬度铁基无磁熔覆层的方法，包括以下步骤:各实施例中具体参数见实施例:1、选用高纯度原料(99.9mass %)的 Fe、Cr、Mo、C、S1、Er,以及 FeB (B:18.25mass% )合金。2、采用高压A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铁基热障涂层合金粉末材料，其特征在于，合金粉末中元素成分质量百分含量范围如下：Cr:5‑20wt.%；Mo:15‑30wt.%；C:1‑4wt.%；B:0.5‑3wt.%；Si：0.5‑2.5wt.%；Er:0.5‑3wt.%，Fe及不可避免的杂质:余量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周正，贺定勇，姚海华，王曾洁，蒋建敏，王智慧，王国红，赵秋颖，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。