【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热喷涂制备耐磨涂层，特别涉及一种超音速电弧喷涂技术制备cu-tin/tio2层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的制备方法和应用。
技术介绍
1、临海或海洋环境下服役的工程装备会面临着多种材料失效机制的共同作用。其中包括海水中侵蚀性离子的腐蚀、海水及其夹杂物的冲蚀磨损和工程装备之间的接触磨损等。这些因素的强耦合往往会导致材料力学性能的恶化，加快工程装备的老化和失效，降低其使用稳定性和服役的年限。而表面涂层可以提高材料的性能及耐久性，有效的减缓基体材料受到外界环境的腐蚀、磨损等破坏，广泛的应用于工业、航空和海洋领域。ti的氮化物和氧化物涂层由于其优异的耐磨、耐侵蚀、耐腐蚀性以及和基体材料良好的结合能力，成为表面防护涂层的热门之选。cu及cu合金具有良好的机械性能、抗海水腐蚀、抗冲刷腐蚀和优异的耐海洋生物污损等特点。硬度和弹性模量较低的cu相与硬质陶瓷相之间可构成合适的硬韧匹配度，从而提高涂层的耐磨性能。故制备一种具有层压结构耐磨蚀功能的复合涂层对保护海洋环境下服役的工程装备具有重大应用价值。
2、超音速电弧喷涂已被公认为是较为实用、有效的现场修复解决方案之一，该工艺也是较便宜的热喷涂工艺，喷涂涂层内部能够产生致密和超细晶粒结构的涂层，且电弧喷涂的原材料设计灵活，可以为不同尺寸的金属丝材、陶瓷混合材料的粉芯丝材，喷涂过程不受场地和加工件尺寸的限制。喷涂过程中，互相绝缘的丝材在高温电弧区域瞬间融化后，高压气体将其雾化成为高速飞行的熔滴，雾化熔滴撞击基体堆叠形成涂层。电弧喷涂制备金属-陶瓷复合涂层原料一般为合金金属丝材或
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层。该涂层选用市面上易购买的不同直径的纯ti丝材和纯cu丝材作为原料。采用超音速电弧喷涂技术，通过调控同轴送丝轮中异质金属丝材的直径和喷涂过程中的参数，在常用的结构钢和铝合金等工程装备和材料制品表面制备不同cu含量的cu-tin/tio2层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层。
2、本专利技术另一目的在于提供上述层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的制备方法。
3、本专利技术再一目的在于提供上述层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的应用。
4、本专利技术的目的通过下述方案实现：
5、一种层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其由不同直径的纯ti丝和纯cu丝通过超音速电弧喷涂制得，所述的涂层为cu-tin/tio2层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层。
6、优选的，所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层中铜元素主要以单质铜的形式存在，同时会有极少量的氧化亚铜，cu元素没有生成影响其耐腐蚀性能的杂质相。钛元素主要以钛的氮化物和钛的氧化物为主，ti元素也没有生成影响其硬度和耐磨性能的中间相。其中，随着喷涂过程中纯cu丝和纯ti丝的直径差异，复合涂层中各相的比例会发生变化。
7、优选的，所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的主要成分为cu、tin、tio2、tin0.3和cu2o。
8、优选的，所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层中cu单质的含量为8.3％-66.6％，更优选为8.3％-35.8％。
9、所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层厚度为200-1000μm。
10、所述的ti丝材和cu丝材纯度优选为≥99.9％。
11、所述的ti丝直径为0.5-2.0mm，优选为1.5mm。
12、所述的cu丝直径为0.2-2.0mm。
13、所述的ti丝和cu丝的长度≥2000mm。
14、一种上述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：将不同直径配比的纯ti丝和纯cu丝通过同轴滚轮送丝装置固定，在控制面版设置好喷涂参数后进行喷涂，得到复合陶瓷涂层。
15、本专利技术通过调控超音速同步送丝电弧喷涂过程中两根异质金属丝材的直径比，依靠不同直径异质金属丝材在电弧尖端融化、雾化、飞行过程中的相互反应来获得相应成分的高性能复合陶瓷涂层。喷涂过程中丝材的稳定性、熔滴飞行的速度和氧化反应、熔滴间的伪合金反应、熔滴与基底之间的相互作用都需要通过调控喷涂参数来对其进行精确控制。该制备方法可以实现对涂层厚度和涂层中cu和ti的氮氧化物含量的精准调控，使复合涂层满足多工况下工程装备表面的防护需求。喷涂过程简单且施工适应性强，是一种较为高效、低成本的涂层制备方法。
16、目前海洋环境或临海环境下服役的大量装备，如轮船、海洋钻井平台、跨海桥梁、油气管道等，一般都采用铸铁、结构钢、铝合金等建造。特别是在要承受大载荷和动载荷的装备上，会大量使用强度较高的结构钢，如q345、q390、q420、q460、q500等。故本专利技术喷涂时选用的基材为结构钢和铝合金中的至少一种，优选为q345、q390、q420、q460、q500中的一种，更优选为q345b结构钢。
17、所述的基材的尺寸优选为ф25*9mm的小圆块；所述的基体在使用之前对表面做粗化处理，优选为表面喷砂粗化处理。
18、所述的超音速电弧喷涂工艺的参数为：电弧工作的电压为38-44v，电弧的工作电流40-120a，送丝速度为3m/min-10m/min，压缩空气压力0.8mpa，喷涂距离为120mm。其中控制喷枪移动的伺服电机的速度为，在水平方向上为5-20mm/s。根据不同的送丝电压和送丝速度，单次最佳的喷涂时间为15-50s，优选为18-40s，可反复喷涂至涂层厚度为200-1000μm，但持续喷涂时间不宜过长，防止涂层出现较大热应力开裂。上述金属丝材在高温电弧区域融化，经高压气体加速后形成超音速雾化小熔滴，随后在基体上撞击、扩散、平铺、迅速凝固成结构致密、缺陷少、结合力强、硬度高，具有一定层压结构耐磨蚀特性的功能涂层。
19、上述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的应用。优选于海洋环境下服役工程装备及临海磨损工况较为剧烈等领域各类工件和工程结构的表面防护，例如船舶表面，海上作业平台，位于潮汐区冲刷的桥梁平台。
20、本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
21、(1)本专利技术利用超音速电弧喷涂技术，通过调控同轴送丝轮上不同直径的纯ti丝和纯cu丝，从而实现制备不同cu含量的cu-tin/tio2层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层。相比于其他热喷涂方式制备的cu-ti纯金属涂层或陶瓷复合涂层。本专利技术制备的不同含cu量的金属-陶瓷复合涂层原料为纯金属丝材，喷涂在大气环境中进行。相比于用混合粉末做喷涂原料、喷涂气氛为保护性气体的其他制备方式。本专利技术拥有更低的制备成本，更简单的制备工艺和大型装备施工本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于由同轴送丝轮上不同直径比的纯Ti丝和纯Cu丝通过超音速电弧喷涂制得，所述的耐磨蚀复合陶瓷涂层为Cu-TiN/TiO2层压结构复合陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的主要成分为Cu、TiN、TiO2、TiN0.3，Cu元素没有生成影响其耐腐蚀性能的杂质相，Ti元素没有生成影响其硬度和耐磨性能的中间相。
3.根据权利要求2所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层厚度为200-1000μm。
5.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的钛丝纯度为≥99.9％，Ti丝直径为1.0-2.0mm；所述的Cu丝纯度为≥99.9％，Cu丝直径为0.3-2.0mm。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
7.根据权利要
8.根据权利要求6所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：其中控制喷枪移动的伺服电机的速度为:水平方向上5-20mm/s，单次喷涂时间为15-50s，反复喷涂至涂层厚度为200-1000μm，。
9.根据权利要求1-5任一项所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层在海洋环境下服役工程装备及临海领域各类工件和工程结构的表面防护中的应用。
10.根据权利要求1-5任一项所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层在船舶表面，海上作业平台，位于潮汐区冲刷的桥梁平台中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于由同轴送丝轮上不同直径比的纯ti丝和纯cu丝通过超音速电弧喷涂制得，所述的耐磨蚀复合陶瓷涂层为cu-tin/tio2层压结构复合陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层的主要成分为cu、tin、tio2、tin0.3，cu元素没有生成影响其耐腐蚀性能的杂质相，ti元素没有生成影响其硬度和耐磨性能的中间相。
3.根据权利要求2所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层厚度为200-1000μm。
5.根据权利要求1所述的层压结构耐磨蚀复合陶瓷涂层，其特征在于：所述的钛丝纯度为≥99.9％，ti丝直径为1.0-2.0mm；所述的cu丝纯度为≥99.9％，cu丝直径为0.3-2.0mm。
6.一种根据权利...
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