一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法，包括如下步骤：将钴35～50wt％、铬15～35wt％、钼15～30wt％及硅2～10wt％原材料按配比混合制成合金粉末，待用；将待加工基材清洗并烘干，然后对所述基材的表面进行粗化处理，待用；采用超音速火焰喷涂将所述合金粉末喷涂于所述基材的表面，制得耐高温氧化、耐腐蚀的涂层；还包括在获得所述涂层之后再经过800～1150℃下热处理60min。本发明专利技术方法制得的涂层在常温甚至高温腐蚀等恶劣环境下具有较好的耐各类腐蚀介质的性能以及高达900℃下的高温抗氧化性能，可保障高强度不锈钢等金属基材在苛刻环境下长期保持稳定良好的使用状态。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法
本专利技术涉及钢材表面改性
，具体涉及一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法。
技术介绍
海洋装备和海洋工程长期处于严酷的海洋腐蚀环境下工作，服役中无法回避的问题是海洋工程材料在海洋环境下的腐蚀问题。海洋环境下，海洋工程材料的腐蚀问题已经严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术问题之一，更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命，材料的腐蚀问题于防护技术已经成为海洋工程领域亟待解决的问题。涉及舰船、海洋平台、油气管线及离岸建筑用的高品质钢铁材料、钛合金、有色金属、复合材料及防护涂料等大量依赖进口。船舶和海工是海洋钢结构物的两大体系，其建造都需要大量的钢铁产品，钢材占其建造成本的20％～30％，船体用钢量占其总质量的60％。大部分能够满足需求，但部分高级别特殊用的钢材仍大量依赖进口。特殊用钢主要是指高强度、大厚度、抗层状撕裂、耐腐蚀、超低温韧性、高止裂等性能的钢板。耐腐蚀钢材随着深海开发和远洋航运的发展，对船板及海洋结构的耐腐蚀性提出了越来越高的要求，包括耐大气腐蚀、耐海水腐蚀等性能。高强度不锈钢因具有超高强度、高硬度、良好的韧性和高断裂韧度，在航空、航天、液压部件、特种装备、精密模具等行业领域获得广泛应用。随着海洋环境及产业相关的机械装备、关键零部件的需求扩大，将高强度不锈钢应用于海洋环境的工况条件是重要趋势，所以，提升高强度不锈钢海况下防腐蚀性能是急需解决的问题。另外各种腐蚀介质使得钢材在高温下(如焊接、锻压成型)被氧化和脱碳，随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加，导致钢材中碳含量降低，导致钢材发生损耗。目前应用于海洋环境的钢材表面防腐及耐高温氧化的改性通常涉及涂料涂覆等工艺处理来提升防腐蚀性能及耐高温氧化性能，但漆膜涂覆工艺环境污染大且生产效率低，需要开发一种用于高强度不锈钢等金属基材表面的耐腐蚀、耐高温氧化的涂层以满足其在海洋腐蚀环境下的应用。
技术实现思路
为了解决现有应用于海洋环境的钢材表面防腐及耐高温氧化的改性通常涉及涂料涂覆工艺所带来的环境污染大且生产效率低的技术问题，而提供一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法。本专利技术方法制得的涂层在常温甚至高温腐蚀等恶劣环境下具有较好的耐各类腐蚀介质的性能以及高达900℃下的高温抗氧化性能，可以保障高强度不锈钢等金属基材零部件在苛刻环境下长期保持稳定良好的使用状态。为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)将钴、铬、钼及硅原材料按配比混合制成合金粉末，待用；(2)将待加工基材清洗并烘干，然后对所述基材的表面进行粗化处理，待用；(3)采用超音速火焰喷涂将所述合金粉末喷涂于所述基材的表面，制得耐高温氧化、耐腐蚀的涂层。进一步地，所述制备方法还包括在获得所述涂层之后再经过800～1150℃下热处理60min。进一步地，所述合金粉末中钴含量为35wt％～50wt％、铬含量为15wt％～35wt％、钼含量为15wt％～30wt％、硅含量为2wt％～10wt％。再进一步地，所述合金粉末采用水雾化法制得。再进一步地，所述合金粉末的粒径为5μm～60μm、松装密度为4.8g/cm3～6g/cm3。水雾化法是将混合原材料金属粉末进行熔炼成金属液流，然后采用高压水对金属液流进行破碎和冷却，破碎过程中金属液流形成金属液滴，并与水流不断进行热能交换，最后得到合适粒度范围的球形合金粉末。获得的球形合金粉末在超音速火焰喷涂时，输送时的流动性更好，且能够输送均匀，有利于喷涂获得质量更稳定的涂层，而若只是机械混合的金属粉末除了会产生送粉不均匀的问题，还容易发生金属成分偏析团聚，从而使得到的涂层组织均匀性差，性能差。另外，松装密度是一种表征粉末颗粒内部疏松与致密的密度单位，该范围内的松装密度能够使合金粉末在超音速火焰喷涂时既能充分融化而又不会被过度熔化烧蚀，使合金粉末在被喷涂时具有较高的沉积效率。进一步地，步骤(2)中所述清洗采用酒精或丙酮进行手工擦拭或超声波清洗；所述烘干的温度为50℃～90℃。进一步地，步骤(2)中所述粗化处理为吹砂处理，所述吹砂处理的砂粒材料为白刚玉，吹砂压力为0.2MPa～0.5MPa，吹砂距离为50mm～150mm。在吹砂的过程中，砂粒对金属基材表面产生冲击及切削作用，使得基材表面获得一定的粗糙度，有利于后续涂层的附着，同时吹砂也能对基材表面进行深度清洁。进一步地，步骤(3)中所述超音速火焰喷涂的工艺参数为：以煤油为燃料，氧气为助燃剂，氮气为送粉载气；煤油流量4GPH/h～8GPH/h，氧气流量1000SCFH～2000SCFH，氧气压力1.2MPa～2.6MPa，通过调节煤油和氧气流量来调节超音速焰流的能量和速度；送粉量30g/min～100g/min，氮气流量12SCFH～50SCFH，氮气压力0.5MPa～0.9MPa；喷涂距离200mm～550mm，喷涂角度40°～90°；冷却气体为压缩空气，冷却压力0.5MPa～0.8MPa，冷却距离10mm～500mm；喷涂过程中控制所述基材的表面温度≤170℃。本专利技术另一方面提供上述制备方法制得的耐高温氧化、耐腐蚀的涂层。有益技术效果：本专利技术中将钴、铬、钼及硅进行水雾化制得合金粉末球形颗粒，在金属基材表面先采用白刚玉进行吹砂处理，一方面获得更为清洁的表面，另一方面使得基材表面粗化获得颗粒状表面，得到具有较大表面粗糙度的基材表面，有利于涂层的附着，后续将合金粉末作为涂层原材料采用超音速火焰喷涂至基材表面得到本专利技术耐高温氧化、耐腐蚀的涂层；喷涂时合金粉末在形成的超音速火焰流中熔化，并于拉瓦尔喷嘴喷出并高速撞击在基材表面，沉积的过程中涂层粉末经过高温熔化并撞击在吹砂处理后得到的锯齿状基材表面，粉末颗粒被快速冷却和溅射和层层交错堆叠。此过程中涂层组织中形成了钴-钼-硅的金属间化合物的沉淀硬化相并弥散分布于钴基粘结相中，形成的金属间化合物有利于提高涂层耐蚀性和耐磨性；可根据超音速火焰喷涂的工艺参数进行调节以获得适合应用场景的不同氧化物含量的涂层。本专利技术获得的涂层组织均匀致密，涂层中存在小于1.5％的少量孔隙率，涂层显微维氏硬度值500～800HV300，涂层密度约为7-8g/cm3，可制备的涂层厚度为0.10～2.0mm，在常温甚至高温腐蚀等恶劣环境下具有较好的耐各类腐蚀介质的性能以及高达900℃下的高温抗氧化性能，能够保障高强度不锈钢等金属基材零部件在长期苛刻环境下保持稳定良好的使用状态。附图说明图1为本专利技术实施例6制得的耐高温氧化、耐腐蚀涂层的金相组织图。图2为本专利技术实施例6制得的耐高温氧化、耐腐蚀涂层经900℃、100h的高温氧化环境服役后的金相组织图。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)将钴、铬、钼及硅原材料按配比混合制成合金粉末，待用；/n(2)将待加工基材清洗并烘干，然后对所述基材的表面进行粗化处理，待用；/n(3)采用超音速火焰喷涂将所述合金粉末喷涂于所述基材的表面，制得耐高温氧化、耐腐蚀的涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钴、铬、钼及硅原材料按配比混合制成合金粉末，待用；
(2)将待加工基材清洗并烘干，然后对所述基材的表面进行粗化处理，待用；
(3)采用超音速火焰喷涂将所述合金粉末喷涂于所述基材的表面，制得耐高温氧化、耐腐蚀的涂层。


2.根据权利要求1所述的一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括在获得所述涂层之后再经过800～1150℃下热处理60min。


3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，所述合金粉末中钴含量为35wt％～50wt％、铬含量为15wt％～35wt％、钼含量为15wt％～30wt％、硅含量为2wt％～10wt％。


4.根据权利要求3所述的一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，所述合金粉末采用水雾化法制得。


5.根据权利要求4所述的一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，所述合金粉末的粒径为5μm～60μm、松装密度为4.8g/cm3～6g/cm3。


6.根据权利要求3所述的一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述清洗采用酒精或丙酮进行手工擦拭或超声波清洗；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐世霖，陈松，冯健，冯二彬，荣震，
申请(专利权)人：中机凯博表面技术江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32