一种高速电弧喷涂涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高速电弧喷涂涂层及其制备方法，属于高速电弧喷涂领域，其制备方法包括：采用高速电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在钢基底材料表面，即得到高速电弧喷涂涂层。所用粉芯丝材通过以下方法获得：将辉钼矿、钪钇石、钙长石、氧化铝短纤维作为粉芯材料，置于混粉机中混合均匀得到混合粉料；以合金钢为粉芯外皮材料，制得合金钢槽，将混合粉料加入到合金钢槽中，经包丝、拔丝减径处理得到粉芯丝材。本发明专利技术制备得到的高速电弧喷涂涂层结构致密，具有高强度、高硬度，且耐磨性与耐腐蚀性优良。

【技术实现步骤摘要】
一种高速电弧喷涂涂层及其制备方法
本专利技术属于高速电弧喷涂领域，具体涉及一种高速电弧喷涂涂层及其制备方法。
技术介绍
材料及其构件由于磨损与腐蚀引起早期失效与报废，造成能源与材料的消耗十分惊人。各类磨损、腐蚀、氧化所引起的失效往往发生于材料及其构件的表面，为了防止在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件下工作的零件因其表面局部损坏而使整个零件报废，提高零件的可靠性，延长使用寿命，许多国家都在努力研究和应用各种提高零件表面性能的新技术和新工艺，开发了大批实用、先进、高效的表面工程技术。热喷涂是材料表面强化与保护的重要技术，它在表面技术中占有重要地位，近20年来得到迅速发展，各种新型、优质热喷涂技术和喷涂材料不断涌现，拓展了热喷涂技术的应用领域电弧喷涂是利用两根形成涂层材料的消耗性电极丝之间产生的电弧为热源，加热熔化消耗性电极丝，并被压缩气体将其雾化和喷射到基底材料上，形成涂层的热喷涂方法。因其具有效率高、成本低、操作安全简便、涂层结合强度高和适宜现场原位大面积施工等优点,在国内外得到普遍的重视，重点应用于防腐、耐磨、装饰及特殊功能等方面。现有技术如申请号201610851041.0公开了一种高速电弧喷涂液态金属陶瓷涂层及其制备方法，其组分包括：硼铁60～80份，硅铁3～6份，镍粉2～5份，铝粉3～5份，石墨5～20份，铬粉5～10份，稳弧剂5～15份。制备的液态金属陶瓷涂层非晶含量高，具有高硬度，高耐磨、耐腐蚀等性能。申请号2012280016153.4公开了一种热喷涂涂层，该涂层由完全或部分塑化或熔化的固体原料组成，优选为完全塑化的，该材料含有至少一种能够与腐蚀性物质反应并与它们结合形成一种或多种固体产物化合物的组分，制备得到的热喷涂涂层具有有效的抗腐蚀保护。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构致密、高强度、高硬度，耐磨性与耐腐蚀性好的金属陶瓷复合喷涂材料的金属陶瓷复合涂层的制备方法。本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，包括：以辉钼矿、钪钇石、钙长石、氧化铝短纤维作为粉芯材料，置于混粉机中混合均匀得到混合粉料；以合金钢为粉芯外皮材料，制得合金钢槽，将混合粉料加入到合金钢槽中，经包丝、拔丝减径处理得到粉芯丝材，采用高速电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在钢基底材料表面，即得到高速电弧喷涂涂层。本专利技术以辉钼矿、钪钇石为金属粉芯材料，钙长石、氧化铝短纤维作为陶瓷增强相，将各组分置于混粉机中混合均匀得到混合粉料，其中辉钼矿、钪钇石与钙长石中的铝硅酸化合物与氧化铝短纤维形成金属陶瓷复合喷涂材料，钙长石与氧化铝短纤维形成的陶瓷增强相与金属基底的浸润性良好，界面反应较小，得到结构致密，高强度、高硬度，耐磨性好、耐腐蚀性好的金属陶瓷复合喷涂材料，将其加入到38CrSi合金钢槽中组合形成粉芯丝材，在高速电弧喷涂高温的作用下，各金属组分钼、钇、铬与氧化铝、铝硅酸盐、碳元素之间发生化学发应，生成碳化钼、碳化硅、铝钇合金、铝钪合金、铬钼合金等陶瓷和合金复合相，其与钢基底材料的界面化学兼容性良好，以得到结构致密，具有高强度和硬度、良好的耐磨性与耐腐蚀性的金属陶瓷复合涂层，涂层中较硬的硬质颗粒相与对磨材料接触，有效地保护了基体，能够控制或延缓涂层表面的失效，提高涂层的耐磨性能，同时其可促进钢基底材料晶粒细化，产生弥散强化作用，使钢基底材料的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性有很大的提高。优选地，合金钢材料为38CrSi。优选地，按重量份计，辉钼矿为25～40份、钪钇石为3～7份、钙长石为5～10份、氧化铝短纤维为4～9份。优选地，粉芯丝材的直径为2.5～3.5mm，芯粉填充率为33～37％；能更好地将喷涂材料输送到电弧中，使喷涂材料更好地熔融，提高涂层的均匀性。优选地，高速电弧喷涂工艺中压缩空气的压力为0.7～0.9MPa；可使涂层均匀致密，进一步提高与基底材料的结合强度。优选地，高速电弧喷涂工艺中喷涂电压为33～35V；能够保证电弧稳定燃烧，改善了雾化效果，进一步提高涂层的硬度和耐磨性。优选地，高速电弧喷涂工艺中喷涂电流为155～175A；具体的数值可选为158A，163A，170A；为了保证电弧的稳定性，以提高涂层的硬度和耐磨性。优选地，高速电弧喷涂工艺中喷涂距离为170～220mm；具体的数值可选为180mm，190mm，210mm；可提高熔融颗粒的动能，有利于提高涂层与基底材料的结合强度。优选地，钢基底材料为45号钢。优选地，高速电弧喷涂涂层的厚度为0.5～0.7mm；能更好地使涂层与基底材料结合，不易脱落。为了进一步提高金属陶瓷复合涂层与基体材料的结合强度，以及涂层的硬度、耐磨性与耐腐蚀性，采取的优选方案还包括：在制备的混合粉料中添加α-氧化铁-氧化钛复合材料与黑钨矿，按重量份计，α-氧化铁-氧化钛复合材料为0.5～2份，黑钨矿为1～3份，两者可生成钼钨合金，在高速电弧喷涂温度下，与辉钼矿、钙长石、氧化铝纤维、38CrSi合金发生反应，生成铝钛合金、碳化钨等金属陶瓷复合喷涂材料；同时两者在高温环境下，可降低熔融物的表面张力，加强了熔融物对基体材料的浸润性，减少涂层与基体材料之间的内应力，进而提高了涂层与基体材料的结合强度，且提高了金属陶瓷复合涂层硬度、耐磨性与耐腐蚀性。其中上述α-氧化铁-氧化钛复合材料的制备方法为：将500mL0.02mol/LFeCl3与0.002mol/LHCl的混合溶液置于三口烧瓶中，电热套加热，沸腾状态下回流5～6h，得到透明的α-氧化铁纳米前驱体溶胶，将其移入马弗炉中，500℃下烧结1h，自然冷却至室温，得到α-氧化铁粉体；将质量比为钛酸丁酯：二乙醇胺：水＝19:5.8:1.1的无水乙醇溶液在磁力搅拌器搅拌下制成一定浓度的溶胶溶液，移入马弗炉中，500℃下烧结1h，自然冷却至室温，得到氧化钛粉体；将α-氧化铁粉体、氧化钛与水按质量比为1：1：3配制成复合溶液，并移入马弗炉中，在500℃下烧结1h，自然冷却至室温，得到α-氧化铁-氧化钛复合材料。本专利技术由于采用了合金钢为粉芯外皮材料，以辉钼矿、钪钇石、钙长石、氧化铝短纤维作为粉芯材料，置于混粉机中混合均匀得到混合料，加入到合金钢槽中，经包丝、拔丝减径处理制备得到粉芯丝材，采用高速电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在钢基底材料表面，即得到高速电弧喷涂涂层。因而具有如下有益效果：以辉钼矿、钪钇石为金属粉芯材料，钙长石、氧化铝短纤维作为陶瓷增强相，将各组分置于混粉机中混合均匀得到混合料，可形成金属陶瓷复合喷涂材料，得到高强度、高硬度，耐磨性好、耐腐蚀性好的金属陶瓷复合喷涂材料，与粉芯外皮材料制得的合金槽结合形成粉芯丝材，在高速电弧喷涂高温的作用下，各组分发生化学反应，生成陶瓷和合金复合相，与钢基底材料结合，得到结构致密，具有高强度和硬度、良好的耐磨性与耐腐蚀性的金属陶瓷复合涂层，其可促进钢基底材料晶粒细化，产生弥散强化作用，使钢基底材料的强度、硬度、耐腐蚀性、耐磨性有很大的提高。因此，本专利技术的目的在于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，包括：将辉钼矿、钪钇石、钙长石、氧化铝短纤维、作为粉芯材料，置于混粉机中混合均匀得到混合粉料；以合金钢为粉芯外皮材料，制得合金钢槽，将混合粉料加入到合金钢槽中，经包丝、拔丝减径处理得到粉芯丝材，采用高速电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在钢基底材料表面，即得到高速电弧喷涂涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，包括：将辉钼矿、钪钇石、钙长石、氧化铝短纤维、作为粉芯材料，置于混粉机中混合均匀得到混合粉料；以合金钢为粉芯外皮材料，制得合金钢槽，将混合粉料加入到合金钢槽中，经包丝、拔丝减径处理得到粉芯丝材，采用高速电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在钢基底材料表面，即得到高速电弧喷涂涂层。


2.根据权利要求1所述的一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，其特征是：所述合金钢材料为38CrSi。


3.根据权利要求1所述的一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，其特征是：按重量份计，所述辉钼矿为25～40份、钪钇石为3～7份、钙长石为5～10份、氧化铝短纤维为4～9份。


4.根据权利要求1所述的一种高速电弧喷涂涂层的制备方法，其特征是：所述粉芯丝材的直径为2.5～3.5mm，芯粉填充率为33～37％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑辉，刘雪伟，
申请(专利权)人：嘉兴市轩禾园艺技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33