一种制备高氧化铝含量Al基复合涂层的无缝粉芯丝材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及材料加工工程技术领域，具体为一种制备高氧化铝含量Al基复合涂层的无缝粉芯丝材及其制备方法。该粉芯丝材采用工业纯铝管包裹粉芯并经旋转锻造得到，所述粉芯包括铝合金粉末和Al2O3陶瓷粉末，所述粉芯中氧化铝陶瓷粉末的总含量≥30wt％。本发明专利技术通过调控粉芯丝成分并结合旋锻工艺，可制得高Al2O3含量的粉芯丝材，该粉芯丝材外表光滑、致密度高、热传导效率高，尤其适用于高耐磨性电弧喷涂涂层的制备，制备出的涂层与基体之间结合良好，涂层中无明显缺陷，陶瓷相分布均匀、沉积率高，因此硬度高，耐磨性好。耐磨性好。耐磨性好。

【技术实现步骤摘要】
一种制备高氧化铝含量Al基复合涂层的无缝粉芯丝材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料加工工程
，尤其涉及一种制备高氧化铝含量Al基复合涂层的无缝粉芯丝材及其制备方法。

技术介绍

[0002]海洋环境含有大量盐和微生物等成分，同时伴随波、浪、潮、流的冲击，容易造成海上设备的腐蚀和磨损，缩短关键作业部件的寿命。为了提高其可靠性和使用寿命，在设备和关键部件表面制备防护涂层是有效的解决途径之一。其中，纯Al涂层电位低，可以表现出较好的耐蚀性，因此Al基材料成为海上装备表面防护涂层的理想涂层材料。但纯Al的硬度较低且耐磨性相对较差，严重影响Al基涂层的使用寿命。因此，通过外添加陶瓷相来提升纯Al涂层的耐磨性被认为是主要的技术手段。传统的陶瓷添加相主要有Al2O3、SiC以及TiC等，其中Al2O3与Al基体的相容性良好，无界面反应，被广泛应用于Al基复合陶瓷涂层的制备。
[0003]在材料表面改性技术中，电弧喷涂技术具有喷涂效率高，工艺可控制性好，操作简单，绿色环保等优点，广泛应用于海上设备表面防护涂层的制备。电弧喷涂是利用燃烧于两根连续送进的金属丝之间的电弧来熔化金属，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子加速使它们喷向工件形成涂层的技术。因此，金属丝材的组成对涂层的组成和性能具有重要影响。
[0004]目前，适配于电弧喷涂技术制备Al/Al2O3复合涂层的丝材多采用成熟的轧制拉拔工艺制备而成。但是，受到轧制拉拔工艺特点的限制，以及为了满足电弧喷涂技术对丝材质量的要求，同时保证涂层结合强度，现有技术中电弧喷涂Al基陶瓷复合涂层陶瓷相的体积含量往往较低(一般小于15％)，导致其耐磨等性能仍有待进一步提高。例如专利CN201810739750.9公开了一种铝基含B4C陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，虽然粉芯原料中陶瓷粉末含量较高，但由于丝材制备及电弧喷涂过程中的损失，导致制得的涂层硬度和磨损性仍不够佳。
[0005]因此，如何进一步提升电弧喷涂Al基陶瓷复合涂层中陶瓷相含量，从而改善涂层耐磨性提高涂层可靠性，是本领域需要迫切解决的难点问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种制备高氧化铝含量Al基复合涂层的无缝粉芯丝材及其制备方法，通过旋转锻造技术，显著提高粉芯丝材中Al2O3的含量以及丝材的成形性和喷涂工艺性，降低电弧喷涂中Al2O3的损失，从而提高电弧喷涂涂层中Al2O3的含量，显著改善涂层的耐磨性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种无缝粉芯丝材的制备方法，采用工业纯Al管包裹粉芯并经旋转锻造得到，所述粉芯包括铝合金粉末和Al2O3陶瓷粉末，所述粉芯中氧化铝陶瓷粉末的总含量≥30wt％。主要用于制备一种高Al2O3含量的无缝粉芯丝材，该粉芯丝材
外表光滑、致密度高、热传导效率高，从而适用于高Al2O3含量电弧喷涂涂层的制备。
[0008]本专利技术通过旋转锻造制备包含Al2O3陶瓷粉末的无缝粉芯丝材，能够降低加工过程中的损失量，显著提高粉芯丝材中Al2O3陶瓷粉末的含量，同时改善粉芯丝材的成形性和喷涂工艺性，当用于电弧喷涂时，能够减少喷涂过程中的损失量，从而提高涂层中Al2O3陶瓷相的含量，涂层中各相的结合致密性和均匀性也得到提高，因此本专利技术提供的粉芯丝材实用性良好，应用前景广阔。
[0009]进一步的，所述粉芯中Al2O3陶瓷粉末的质量含量为30
‑
80％，例如33％、35％、38％、45％、49％、55％、60％、65％、75％等，优选为49
‑
69％。Al2O3陶瓷粉末虽然可提高涂层的耐磨性，但其含量过高时，不利于涂层结合强度的提高，因此需要同时保证铝合金粉末的含量，以使得在电弧喷涂过程中，利用铝合金粉末的熔融粘结作用，提高涂层的成形性，及与基体的结合强度。本专利技术通过控制粉芯中Al2O3陶瓷粉末的含量，进而控制电弧喷涂涂层中Al2O3的含量以及涂层成形性，从而保证涂层的耐磨性和结合强度。
[0010]进一步的，所述粉芯丝材的填充率为45
‑
60wt％，优选为50
‑
55wt％。填充率是指粉芯丝材中粉芯的质量含量。本专利技术通过旋锻加工，能够实现高填充率的粉芯丝材制备，且旋锻过程中粉芯的损失量小。
[0011]进一步的，所述Al2O3陶瓷粉末的粒径为10μm
‑
75μm，所述铝合金粉末的粒径为10μm
‑
75μm。优选地，所述Al2O3陶瓷粉末的粒径为10μm
‑
45μm，所述铝合金粉末的粒径为10μm
‑
45μm。
[0012]进一步的，选用的铝合金粉末为铝含量在85
‑
95wt％的铝合金粉末，铝含量优选为88
‑
92wt％。
[0013]在一些实施方式中，所述铝合金粉末选用型号AlSi10Mg合金粉末。
[0014]进一步的，所述工业纯Al管为无缝铝管。优选地，所述无缝Al管的内径为8.0
‑
13.0mm，外径为10.0
‑
15.0mm。在一些实施方式中，工业纯Al管为纯度大于99.9％的Al管，例如纯度大于99.9％的1060半硬Al管。
[0015]进一步的，所述旋转锻造的送料速度在4
‑
10m/min，旋转锻造的道次为4
‑
11次。
[0016]优选地，所述粉芯丝材相比所述外皮的总变形量为70
‑
97％，优选为80
‑
97％。具体地，总变形量＝(初始丝材的截面面积
‑
最终丝材的截面面积)/初始丝材的截面面积。
[0017]进一步的，将封口后的无缝铝管在模具中进行4
‑
8次所述旋转锻造处理，所述模具的内径小于所述无缝铝管的外径，且相邻道次间的模具内径之差为0.5
‑
2mm。
[0018]在一些具体实施方式中，粉芯丝材的制备方法，包括：
[0019]将不同含量的AlSi10Mg粉末和Al2O3粉末采用机械方法混合均匀，然后放入干燥箱中烘干。将1060半硬无缝Al管一端封口，将混好的粉末装入到事先准备好的Al管中，利用超声震动方式使粉末充分填充，封口后用旋锻专用夹具进行旋转锻造处理。完成后，换上孔径更细的旋锻模进行锻造加工，直至得到定径粉芯丝材。
[0020]本专利技术创新性的提出通过旋锻加工制备Al/Al2O3粉芯丝材，主要通过调控粉芯丝成分并结合旋锻工艺，调整锻造道次和单道下压量来提高成品丝材成形性、改善丝材的喷涂工艺性和喷涂层的性能。
[0021]为实现上述目的，本专利技术还提供一种以上任一项所述的粉芯丝材的制备方法得到的无缝粉芯丝材。
[0022]进一步的，为实现上述目的，本专利技术还提供一种高Al2O3含量Al基复合涂层，采用以上任一项所述的无缝粉芯丝材进行电弧喷涂得到。
[0023]进一步的，喷涂前对基材进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无缝粉芯丝材的制备方法，其特征在于，采用工业纯铝管包裹粉芯并经旋转锻造得到，所述粉芯包括铝合金粉末和Al2O3陶瓷粉末，所述粉芯中氧化铝陶瓷粉末的总含量≥30wt％。2.根据权利要求1所述的无缝粉芯丝材的制备方法，其特征在于，所述粉芯中Al2O3陶瓷粉末的质量含量为40
‑
80％，优选为45
‑
70％。3.根据权利要求1或2所述的无缝粉芯丝材的制备方法，其特征在于，所述粉芯丝材的填充率为45
‑
60wt％，优选为50
‑
55wt％。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的无缝粉芯丝材的制备方法，其特征在于，所述Al2O3陶瓷粉末的粒径为10μm
‑
45μm，所述铝合金粉末的粒径为10μm
‑
45μm。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的无缝粉芯丝材的制备方法，其特征在于，所述铝合金粉末为铝含量在85
‑
95wt％的铝合金粉末，所述铝含量优选为88
‑
92wt％；和/或，所述工业纯铝管的内径为8.0
‑
13.0mm，外径为10.0
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周正，赵万新，姚海华，路洋，杨延格，臧勃林，邵蔚，谈震，郭星晔，贺定勇，符寒光，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所中国人民解放军九二二二八部队，
类型：发明
国别省市：