一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用，复合涂层包括工作层和保护层，工作层为Cr3C2‑NiCr涂层，Cr3C2‑NiCr涂层包括质量比为3:1的Cr3C2和NiCr，保护层为Al2O3‑SiO2‑MTMS‑Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料，Al2O3‑SiO2‑MTMS‑Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料包括质量比为100:50～70:0.5～2的Al2O3‑SiO2溶胶、MTMS(甲基三甲氧基硅烷)、Ce(NO3)3。制备方法包括以下步骤:在基材上喷涂Cr3C2‑NiCr粉末制备工作层；打磨并清洗Cr3C2‑NiCr工作层；制备Al2O3‑SiO2‑MTMS‑Ce(NO3)3保护层溶胶；将保护层溶胶涂覆在Cr3C2‑NiCr工作层表面，陈化后置于马弗炉中，60℃下保温30分钟，然后120℃下保温30分钟，随炉冷却至室温取出，得到复合涂层。本发明专利技术的复合涂层与基体之间具有较好的结合力，涂层致密孔隙较少，耐热腐蚀、耐磨性好，涂层整体性能优异，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用
本专利技术属于表面工程
，尤其涉及一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用。
技术介绍
结晶器铜板是钢材连续浇铸生产过程中的关键设备，工作过程中在高温钢液与低温冷却水的共同作用下，承受高温氧化、化学腐蚀、表面磨损及热疲劳等，这些使结晶器铜板在使用过程中面临着严重失效的威胁，因此需要对结晶器铜板表面进行防护。通过超音速火焰喷涂(HVOF)技术在结晶器铜板表面喷涂Cr3C2-NiCr工作层，Cr3C2-NiCr粉末高速撞击基体，可以使基体和喷涂层之间具有较好的结合力，并且粉末得到充分融化，涂层整体性能较好。但由于喷涂粉末高温融化后急剧冷却凝固，使涂层不可避免地产生孔隙等缺陷，特别是通孔。腐蚀介质通过孔隙到达基体并氧化基体，在基体和涂层之间形成一层氧化膜，导致涂层开裂或剥落失效。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：超音速火焰喷涂Cr3C2-NiCr工作层，涂层存在孔隙，导致涂层开裂或剥落失效，提供了一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术的一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，包括工作层和保护层，所述的工作层为Cr3C2-NiCr涂层，所述的Cr3C2-NiCr涂层包括Cr3C2、NiCr以及Cr7C3，所述的Cr3C2和NiCr质量比为3:1，所述的保护层为Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料，所述的Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料包括Al2O3-SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3，所述的Al2O3-SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3质量比为100:50～70:0.5～2。所述的Al2O3-SiO2溶胶pH＜1，粒径50～100nm。所述的保护层含有SiO2和Al2O3，在腐蚀介质中所述的保护层内生成CeO2氧化膜。所述的Al2O3-SiO2溶胶和硝酸铈的质量比为100:1.5时，所述耐热腐蚀耐磨复合涂层的磨损率为1.532×10-14m3/N·m；所述的Al2O3-SiO2溶胶和硝酸铈的质量比为100:1时，所述耐热腐蚀耐磨复合涂层的腐蚀电流密度为0.220nA。一种耐热腐蚀耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在基材上喷涂Cr3C2-NiCr粉末制备工作层；(2)打磨并清洗Cr3C2-NiCr工作层；(3)制备Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶；(4)将保护层溶胶采用涂刷法涂覆在Cr3C2-NiCr工作层表面，陈化3小时后置于马弗炉中，60℃下保温30min，然后120℃下保温30min，随炉冷却至室温取出，得到复合涂层。所述的步骤(1)中的喷涂方法为超音速火焰喷涂法。其特征在于，所述的步骤(2)中的清洗方法为在酒精中超声清洗。所述的步骤(3)中的Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶的制备方法为：先取Al2O3-SiO2溶胶，加入Ce(NO3)3颗粒搅拌5分钟至均匀，然后加入MTMS，常温下磁力搅拌器搅拌3小时至均匀，得到Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶。一种耐热腐蚀耐磨复合涂层在钢、有色金属或轻合金基体上的应用。本专利技术，在Cr3C2-NiCr工作层表面制备一层保护层，保护层中的Al2O3-SiO2溶胶耐热性好，粒度50～60nm，可以有效填充Cr3C2-NiCr工作层孔隙。保护层中的微量的Ce(NO3)3在腐蚀条件下产生CeO2，起到缓蚀和耐磨作用，加入有机物MTMS可以使涂层具有更强的耐蚀性。所以该复合涂层不仅与基体有良好的结合力，而且致密无孔洞，耐热腐蚀耐磨性好使用寿命长，并且保护层溶胶制备方法简单成本低，可以在工业上广泛应用。本专利技术相比现有技术具有以下优点：本专利技术的复合涂层与基体之间具有较好的结合力，涂层致密无孔隙，耐热腐蚀、耐磨性好，使用寿命长。附图说明图1是实施例2中式样二截面形貌图，1-CrZrCu基体，2-Cr3C2-NiCr工作层，3-Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层；图2是实施例1～5式样极化曲线；图3是实施例1～4式样磨损二维形貌；图4是实施例1～4式样磨损体积；图5是实施例1～5式样XRD图；图6是实施例5的式样形貌图；图7是实施例5的式样表面腐蚀前后Ce元素的XPS图谱。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术所用基体为铜合金，耐蚀性和耐磨性均较差，因此，仅对比单一涂层和复合涂层性能。实施例1本实施例采用超音速火焰喷涂法对CrZrCu基体进行喷涂工作层，工作层材料为Cr3C2-NiCr,Cr3C2和NiCr质量比为3:1,不涂刷保护层，得到式样一，即单一涂层。实施例2本实施例是在式样一的表面涂刷Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层形成复合涂层，保护层材料中，Al2O3-SiO2溶胶与Ce(NO3)3的质量比为100:1.0，Al2O3-SiO2溶胶与MTMS的质量比为100:60。保护层涂覆步骤为：(1)打磨并在乙醇中超声清洗Cr3C2-NiCr工作层；(2)制备Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶：先取粒径为50nm的Al2O3-SiO2溶胶，加入Ce(NO3)3颗粒搅拌5分钟至均匀，然后加入MTMS，常温下磁力搅拌3小时；(3)将保护层溶胶通过涂刷法涂覆在Cr3C2-NiCr工作层表面，陈化3小时后置于马弗炉中，60℃下保温30min，然后120℃下保温30min，随炉冷却至室温取出，得到式样二，即复合涂层。图1是实施例2式样二截面形貌图，包括CrZrCu基体，Cr3C2-NiCr工作层，Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层；实施例3本实施例是在式样一的表面涂刷Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层形成复合涂层，保护层材料中，Al2O3-SiO2溶胶与Ce(NO3)3的质量比为100:1.0，Al2O3-SiO2溶胶与MTMS的质量比为100:60。保护层涂覆步骤为：(1)打磨并在乙醇中超声清洗Cr3C2-NiCr工作层；(2)制备Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶：先取粒径为55nm的Al2O3-SiO2溶胶，加入Ce(NO3)3颗粒搅拌5分钟至均匀，然后加入MTMS，常温下磁力搅拌3小时；(3)将保护层溶胶通过涂刷法涂覆在Cr3C2-NiCr工作层表面，陈化3小时后置于马弗炉中，60℃下保温30min，然后120℃下保温30min，随炉冷却至室温取出，得到式样三。实施例4本实施例是在式样一的表面涂刷Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层形成复合涂层，保护层材料中，Al2O3-SiO2溶胶与Ce(NO3)3的质量比为100:1.5，Al2O3-SiO2溶胶与MTMS的质量比为100:60。保护层涂覆步骤为：(1)打磨并在乙醇中超声清洗Cr3C2-NiCr工作层；(2)制备Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3保护层溶胶：先取粒径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，其特征在于，包括工作层和保护层，所述的工作层为Cr3C2‑NiCr涂层，所述的Cr3C2‑NiCr涂层包括Cr3C2、NiCr以及Cr7C3，所述的Cr3C2和NiCr质量比为3:1，所述的保护层为Al2O3‑SiO2‑MTMS‑Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料，所述的Al2O3‑SiO2‑MTMS‑Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料包括Al2O3‑SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3，所述的Al2O3‑SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3质量比为100:50～70:0.5～2。

【技术特征摘要】
1.一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，其特征在于，包括工作层和保护层，所述的工作层为Cr3C2-NiCr涂层，所述的Cr3C2-NiCr涂层包括Cr3C2、NiCr以及Cr7C3，所述的Cr3C2和NiCr质量比为3:1，所述的保护层为Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料，所述的Al2O3-SiO2-MTMS-Ce(NO3)3陶瓷/高分子复合材料包括Al2O3-SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3，所述的Al2O3-SiO2溶胶、MTMS、Ce(NO3)3质量比为100:50～70:0.5～2。2.如权利要求1所述的一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，其特征在于，所述的Al2O3-SiO2溶胶pH＜1，粒径50～100nm。3.如权利要求1所述的一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，其特征在于，所述的保护层含有SiO2和Al2O3，在腐蚀介质中所述的保护层内生成CeO2氧化膜。4.如权利要求1所述的一种耐热腐蚀耐磨复合涂层，其特征在于，所述的Al2O3-SiO2溶胶和硝酸铈的质量比为100:1.5时，所述耐热腐蚀耐磨复合涂层的磨损率为1.532×10-14m3/N·m；所述的Al2O3-SiO2溶胶和硝酸铈的质量比为100:1时，所述耐热腐蚀耐磨复合涂层的腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：张世宏，朱广宏，王硕煜，刘侠，倪振航，薛召露，温永红，胡小红，解明祥，
申请(专利权)人：安徽工业大学，安徽马钢表面技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34