一种Cr2AlC-Fe基导电耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Cr2AlC—Fe基复合涂层及其制备方法。本发明专利技术的复合涂层化学成分质量百分比为：Cr2AlC：5

【技术实现步骤摘要】
一种Cr2AlC
‑
Fe基导电耐磨涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种Cr2AlC
‑
Fe基导电耐磨涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]城市轨道交通具有经济、环保、高效等独特优势，对于提高交通运输能力、提升群众的出行效率具有积极作用。目前使用的供电方式多为接触网、接触轨供电，其钢铝复合接触轨以其导电性好、安全系数高、维护成本小、耐磨性好、供电距离长、工程土方量小、城市景观好等优点，已成为城市轨道发展的主导方向。目前已经在广州、北京等城市轨道交通中广泛应用(参考文献：刘卫强,铁道标准设计,2007,[79
‑
82]:10)。
[0003]钢铝复合接触轨利用铝主体为受流载体，不锈钢为接触材料，一方面保证了导轨所需的高导电率，另一方面满足了接触面摩擦副耐磨耐腐蚀的效果。其中接触轨弯头作为接触轨供电的重要设备，在保证受流器系统顺利平滑的通过断轨处，保证顺利平滑的引导集电靴上下线过程中起到关键作用(参考文献：王文娟,华东交通大学学报,2014,[34
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38]:31)。然而由于集电靴和供电轨的电接触特性，接触轨长期处于载流摩擦状态。在该状态下电阻热参与到摩擦副运动中，使摩擦条件更为恶劣，进而导致接触轨磨损率较高。于此同时，由于接触轨弯头的工作特性，在靠近端部弯头的位置往往出现电弧烧蚀现象，影响接触轨弯头的表面形貌进而影响运行平稳性和接触轨使用寿命(参考文献：陈祥,科技风,2016,[3
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4]:14)。目前我国多采用在接触轨磨损率超过标准后，或烧蚀情况严重至不达使用标准后直接更换的方法，该方法简单直接，但随我国城市轨道交通系统不断庞大而成为不小的维护成本，因此使用涂层强化提高弯头的耐磨耐烧蚀性能极为关键。
[0004]众多材料体系中，Fe合金作为目前应用最为广泛的材料，具有成本低，性能优良可控的特点，同时由于与钢带属于同质材料，利用该材料作为涂层主体一方面保证涂层结合紧密，另一方面保证电学性能相近，不影响其原本导电性能。另一方面通过调整成分，可提高表面耐磨、耐腐蚀性能，具有灵活的可调控性。但是单纯的Fe基涂层难以提高表面耐磨性能，改善接触条件，因此需要加入陶瓷形成复合材料以提高其摩擦磨损性能。新型的三元层状MAX相陶瓷是一种兼具高强度和高韧性以及类金属的优良导电性能的良好损伤容限陶瓷材料(参考文献：M.W.Barsoum et al.,Progress in Solid State Chemistry,2000,[201
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281]:28)，典型的材料有Ti3SiC2、Ti2AlC、Ti3(SiAl)C2固溶体和Cr2AlB2，其密度为4
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5g/cm3，杨氏模量为280
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340GPa，室温断裂韧度为6.0
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7.88MPa
·
m
1/2
(参考文献：M.W.Barsoum et al.,American Scientist,2001,[336
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345]；89)。此外，新型的三元MAX相陶瓷具备优良的耐磨自润滑性能，同时兼具金属基体润湿结合好的综合优势。因此调控Cr2AlC含量和大气超音速等离子喷涂工艺成为本专利重点。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术的目的在于提供一种高硬高耐磨的三元层状陶瓷Cr2AlC与Fe基合金粉为原材料制备耐磨导电涂层的制备方法。
[0006]本专利技术的Cr2AlC—Fe基复合涂层，其成分如下：
[0007]一种Cr2AlC—Fe基复合涂层及其制备方法，其特征在于，该复合涂层的化学成分质量百分比为：Cr2AlC：5
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15％，CrC：0.1
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1％，Al2O3：1
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5％其余为Fe基合金，各组分之和为100％。
[0008]本专利技术的Cr2AlC—Fe基复合涂层，其原料粉体成分如下：
[0009]该复合涂层原料粉体的化学成分质量百分比为：Cr2AlC：5
‑
20％，其余为Fe合金粉，两种组分之和为100％。此外，该复合涂层原料粉体的粒径为：Fe合金粉；15
‑
45μm，Cr2AlC：15
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40μm。
[0010]本专利技术的Cr2AlC—Fe基复合涂层，其力学性能如下：
[0011]该复合涂层的显微硬度为400
‑
600HV，复合吸波涂层的拉伸界面结合强度为30
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35MPa。
[0012]本专利技术具备的有益效果：
[0013]本专利技术可用于地铁接触轨表面作为改善接触轨表面摩擦性能功能层使用。其具备的耐磨自润滑特性延长接触轨使用寿命，降低其维护成本，具有可观经济效益。
[0014]本专利技术的制备方法包括以下步骤：
[0015]步骤1，按照权利要求2所述的配比和粒径进行复合吸波涂层原料粉体制备，包括Cr2AlC和Fe合金原料粉体，所使用的均为商业粉体，将上述两种原料粉体放置于行星球磨机中球磨6
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8h，实现充分混合；
[0016]步骤2，权利要求1所述的复合涂层采用Fe基合金作为基体，基体使用丙酮去油污，并使用喷砂进行表面活性处理，基体放置于马弗炉中预热至100℃并保温5min；
[0017]步骤3，权利2所述粉体在使用前应进行70℃烘干处理，烘干时间不小于30min；
[0018]步骤4，将权利要求2所述的复合原料粉体放置于超音速等离子喷涂设备送粉器，将预热后的Fe基合金基体采用夹具固定在超音速等离子喷涂设备上，随后进行大气超音速等离子喷涂复合吸波涂层制备，具体喷涂参数如下：氩气气流量110～130L/min，氢气气流量10～20L/min，电压100～120V，电流350～450A，送粉压力0.4～0.5MPa，送粉流量18～20g/min，喷涂距离100～150mm；
[0019]步骤5，最终得到的复合吸波涂层厚度为0.5～2mm。
附图说明：
[0020]图1：10wt.％Cr2AlC/90wt.％410不锈钢复合涂层的扫描电镜图。
[0021]图2：12wt.％Cr2AlC/88wt.％10不锈钢复合涂层的扫描电镜图。
[0022]图3：15wt.％Cr2AlC/85wt.％10不锈钢复合涂层的扫描电镜图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供了一种Cr2AlC—Fe基复合涂层及其制备方法，以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细地说明，但本专利技术并不限于此
[0024]实施例1
[0025]按复合吸波涂层原料粉体的质量百分比：Cr2AlC：10％，410不锈钢粉：90％，两种组分之和为100％，称取所需的粉体；将上述两种原料粉体放置于行星球磨机中球磨8h，实
现充分混合；将Fe基合金基体丙酮清洗并表面喷砂后放置于马弗炉中预热至100℃，保温5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cr2AlC—Fe基复合涂层及其制备方法，其特征在于，该复合涂层的化学成分质量百分比为：Cr2AlC：5
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15％，CrC：0.1
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1％，Al2O3：1
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5％其余为Fe基合金，各组分之和为100％。2.根据权利要求1所述的Cr2AlC—Fe基复合涂层，其特征在于，该复合涂层原料粉体的化学成分质量百分比为：Cr2AlC：5
‑
20％，其余为Fe合金粉，两种组分之和为100％。此外，该复合涂层原料粉体的粒径为：Fe合金粉；15
‑
45μm，Cr2AlC：15
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40μm。3.根据权利要求1所述的Cr2AlC—Fe基复合涂层，其特征在于，该复合涂层的显微硬度为400
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600HV，复合吸波涂层的拉伸界面结合强度为30
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35MPa。4.一种用于权利要求1所述的Cr2AlC—Fe基复合涂层制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文波，马翼虎，马超胜，陈宛彤，周洋，李世波，李翠伟，黄振莺，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：