一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层及制备方法。本发明专利技术的材料由下述按质量百分比计的组分构成：Co 8～17％，FeB余量。以粒度均为0.1～10μm的Co粉和单相FeB粉为原材料，经过球磨、烧结、研磨和活性燃烧高速燃气喷涂等工艺制备金属陶瓷涂层，基材为316L不锈钢。本发明专利技术的金属陶瓷涂层孔隙率≤4.16％，涂层硬度HV≥328.87，涂层结合强度≥38MPa，其耐磨粒磨损性能相对于316L不锈钢基体提高10倍以上。本发明专利技术的金属陶瓷涂层耐锌液腐蚀和耐磨性能好，并且制备成本低，工艺简单，具有很好的应用前景。

FeB/Co resistant zinc liquid corrosion resistant wearable cermet coating and preparation method thereof

The invention discloses a FeB/Co resistant zinc liquid corrosion resistant wearable cermet coating and a preparation method thereof. The material of the invention comprises the following components in weight percentage: Co 8 ~ 17%, FeB margin. Using Co powder with single particle size of 0.1 ~ 10 m and single phase FeB powder as raw material, the cermet coating was prepared by ball milling, sintering, grinding and active combustion, high speed gas spraying, and the base material was 316L stainless steel. The invention of the metal ceramic coating porosity is less than 4.16%, the hardness of the coating is HV = 328.87, the adhesive strength is more than 38MPa, the abrasion resistance of the 316L stainless steel increased more than 10 times. The cermet coating of the invention has good zinc corrosion resistance and abrasion resistance, and has the advantages of low preparation cost, simple process and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层及制备方法
本专利技术涉及一种表面涂层的制造领域，具体涉及一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层及制备方法。
技术介绍
热浸镀锌材料已广泛应用于交通、冶金、建材、通讯、电力等各个领域，但是由于锌液对几乎所有的金属具有强烈的腐蚀性，镀锌生产线上与液态锌直接接触的部件(沉没辊、导向辊，支撑辊)等的寿命成为镀锌行业的难题。由于金属陶瓷涂层易于修复且继承了陶瓷材料优良的耐腐蚀和耐磨损性能以及金属材料的良好韧性，金属陶瓷涂层在镀锌生产线得到了广泛应用，其中典型的有WC/Co系列、MoB/CoCr系列等，但是W和Mo等粉末价格相对较高且在热喷涂过程中，WC系列粉末容易发生脱碳和相的分解，形成W2C和η相(Co3W3C、Co6W6C)等脆性相使得涂层的耐磨粒磨损性能和断裂韧性等性能显著降低，间接地降低了涂层的使用寿命，当服役温度为540℃及以上时，涂层失效更快。相比于普通火焰喷涂方法，超音速火焰喷涂(HVOF)的焰流速度高，焰流温度低，喷涂粒子在空中停留时间短，从而粒子氧化程度低，因此非常适合制备金属陶瓷涂层。活性燃烧高速燃气喷涂工艺(AC-HVAF)是近几年发展起来的一种新型超音速火焰喷涂工艺，其特点是通过燃料在压缩空气中燃烧产生高速气流加热粉末，粉末被加热到熔融状态，并将粉末加速到700m/s以上，撞击基底形成涂层，与传统超音速火焰喷涂相比，其喷涂速率提高了5～10倍，且涂层具有极高致密度和极低氧化物等优良特点。因此，研发一种适合我国生产现状、资源现状、成本低廉并且组织以及性能稳定性优异的耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对现有耐锌液腐蚀材料存在的上述技术问题，本专利技术提供一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层及其制备方法。本专利技术的技术方案是：一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，由如下按质量百分比计的组分构成：Co8～17％，FeB余量；优选为Co10～14％，FeB余量；更优选为Co11～13％，FeB余量；最优选为Co12％，FeB余量。上述的FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，采用活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)，包括如下步骤：(1)以粒度均为0.1～10μm的Co粉和单相FeB粉(纯度为99.99％)为原材料，所述原料按如下质量百分比混合：Co8～17％，FeB余量；或Co10～14％，FeB余量；或Co11～13％，FeB余量；或Co12％，FeB余量；(2)向上述混合粉末中加入聚乙二醇(PEG)，其与粉末的质量比为1:80～120，然后经行星式球磨机湿磨混粉6～10小时，其中球磨机转速为200～250r/min，球料比为3～4:1，球配比为2～3:1，湿磨介质为无水乙醇；(3)将混合均匀的粉末置于真空干燥箱中80～100℃干燥8～10h；(4)将充分干燥的粉末置于真空烧结炉内进行烧结，在室温至420～450℃温度段升温速度为2～4℃/min，且在300～340℃和420～450℃分别保温70～100min进行脱胶，在420～450℃至1250～1300℃烧结阶段，升温速率为9～11℃/min，且在1160～1200℃保温120～150min，使得在球磨过程中产生的亚稳相Fe3B转变为稳定相Fe2B，在1250～1300℃保温150～180min，实现烧结胚体的致密化；(5)将烧结完成的胚体经过破碎、研磨、筛分获得300目的筛下物，最后再通过筛分去除低于400目的粉末粒子，从而获得平均粒径为40μm的喷涂粉末。(6)采用活性燃烧高速燃气喷涂(AC-HVAF)技术制备FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术以Co粉和单相FeB粉为原材料，经过球磨、烧结、研磨和活性燃烧高速燃气喷涂等工艺制备金属陶瓷涂层，基材为316L不锈钢。(2)本专利技术所得FeB/Co涂层在锌液中具有良好的耐锌液腐蚀性能；本专利技术的金属陶瓷涂层孔隙率≤4.16％，涂层硬度HV≥328.87，涂层结合强度≥38MPa。本专利技术的金属陶瓷涂层耐锌液腐蚀和耐磨性能好，具有良好的抗热震性能。(3)本专利技术所得FeB/Co涂层具有优良的耐磨粒磨损性能，其耐磨粒磨损性能相对于316L不锈钢基体提高10倍以上。本专利技术原材料资源丰富，成本相对较低，制备工艺简单，在热镀锌工业中拥有可观的应用前景。附图说明图1为实施例1涂层的微观组织形貌。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细描述，但本专利技术并不限于此。实施例1一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，由如下按质量百分比计的组分构成：Co8％，FeB余量。其制备方法如下：(1)粒度均为0.1～10μm的Co粉和单相FeB粉为原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其与粉末质量比为1:90，两种粉末经行星式球磨机湿磨混粉7h，其中球磨机转速为210r/min，球料比为3:1，球配比为2:1，湿磨介质为无水乙醇。(2)混合均匀的粉末在真空干燥箱进行80℃干燥，干燥时间为8h。(3)将充分干燥的粉末置于真空烧结炉内进行烧结，在室温至420℃温度段升温速度为2℃/min，且在300℃和420℃分别保温80min进行脱胶，在420℃至1250℃烧结阶段，升温速率为9℃/min，且在1160℃保温120min,使得在球磨过程中产生的亚稳相Fe3B转变为稳定相Fe2B，在1250℃保温150min，实现烧结胚体的致密化。(4)将烧结完成的胚体经过破碎、研磨、筛分获得300目的筛下物，最后再通过筛分去除低于400目的粉末粒子，从而获得平均粒径为40μm的喷涂粉末。(5)采用AC-HVAF技术制备FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层。实施例2一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，由如下按质量百分比计的组分构成：Co12％，FeB余量。其制备方法如下：(1)粒度均为0.1～10μm的Co粉和单相FeB粉为原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其与粉末质量比为1:100，两种粉末经行星式球磨机湿磨混粉8h，其中球磨机转速为220r/min，球料比为4:1，球配比为2:1，湿磨介质为无水乙醇。(2)混合均匀的粉末在真空干燥箱进行100℃干燥，干燥时间为9h。(3)将充分干燥的粉末置于真空烧结炉内进行烧结，在室温至430℃温度段升温速度为3℃/min，且在320℃和430℃分别保温80min进行脱胶，在430℃至1250℃烧结阶段，升温速率为10℃/min，且在1180℃保温120min,使得在球磨过程中产生的亚稳相Fe3B转变为稳定相Fe2B，在1250℃保温160min，实现烧结胚体的致密化。(4)将烧结完成的胚体经过破碎、研磨、筛分获得300目的筛下物，最后再通过筛分去除低于400目的粉末粒子，从而获得平均粒径为40μm的喷涂粉末。(5)采用AC-HVAF技术制备FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层。实施例3一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，由如下按质量百分比计的组分构成：Co17％，FeB余量。其制备方法如下：(1)粒度均为0.1～10μm的Co粉和单相FeB粉为原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其与粉末质量比为1:110，两种粉末经行星式球磨机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：Co 8～17％，FeB余量。

【技术特征摘要】
1.一种FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：Co8～17％，FeB余量。2.根据权利要求1所述的FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：Co10～14％，FeB余量。3.根据权利要求1所述的FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：Co11～13％，FeB余量。4.根据权利要求1所述的FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层，其特征在于，由如下按质量百分比计的组分构成：Co12％，FeB余量。5.权利要求1至4任一项所述的FeB/Co耐锌液腐蚀耐磨金属陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以Co粉和单相FeB粉为原材料，所述原料按如下质量百分比混合：Co8～17％，FeB余量；或Co10～14％，FeB余量；或Co11～13％，FeB余量；或Co12％，FeB余量；(2)向上述混合粉末中加入聚乙二醇，其与粉末质量比为1:80～120，然后经行星式球磨机湿磨混粉6～10小时，其中球磨机转速为200～250r/min，球料比为3～4:1，球配比为2～3:1；(3)将混合均匀的粉末置于真空干燥箱中80～100℃干燥8～10小时；...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹付成，欧林方，叶平，张明华，欧阳雪枚，胡静娴，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43