【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温抗氧化耐磨防护涂层及其制备方法，具体属于涂层。
技术介绍
1、无缝钢管被广泛应用在石油化工、航空航天、武器装备等国民经济建设和国防工业发展各个方面。而无缝钢管制备的关键核心工具穿孔顶头（主要材料为3cr2w8v、15cr2ni3mow等合金钢），因服役过程中承受高温、高复杂应力和水蒸汽腐蚀的恶劣环境，其易发生提前失效而影响无缝钢管尺寸精度。
2、目前主要采用在穿孔顶头表面预制铁氧化物膜的方法，阻止穿孔顶头基体与高温钢坯的直接接触，具有一定的隔热和防护效果。但由于铁氧化物自身的结构缺陷（结构疏松、易开裂等），其对穿孔顶头的防护效果仍然不能满足发展长寿命、高性能穿孔顶头的要求。
3、在穿孔顶头表面制备防护涂层是解决以上问题的有效途径。但目前所报道金属、陶瓷等涂层均难以在上述恶劣服役环境中对穿孔顶头进行长时有效防护。陶瓷颗粒增强金属基复合涂层兼具二者优点，且优异性能的陶瓷颗粒弥散分布于金属基质中可显著增强涂层的强度、硬度、耐磨、隔热、抗氧化等性能，因此该类金属陶瓷复合涂层可以对穿孔顶头进行有效防护，显著提高穿孔顶头使用性能和服役寿命，而相关涂层应用于穿孔顶头防护的研究鲜有报道。
技术实现思路
1、为了解决以上难题，本专利技术的目的在于提供一种高温抗氧化耐磨防护涂层及其制备方法，通过复合电沉积+水下激光重熔复合技术，在无缝钢管穿孔顶头表面依次制备ni-合金钢-fecraly合金过渡层和ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合层。本专利
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
3、一种高温抗氧化耐磨防护涂层制备方法：其特征在于，先将fe、cr、al、y四种金属粉末按比例混合球磨得到fecraly合金粉末，再分别以混有fecraly和合金钢混合粉末的瓦特镀镍悬浊液、混有fecraly和la2zr2o7混合粉末的瓦特镀镍悬浊液为镀液，采用复合电沉积+水下激光重熔复合技术，在无缝钢管穿孔顶头表面依次制备ni-合金钢-fecraly合金过渡层和ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合层。
4、本专利技术所述高温抗氧化耐磨防护涂层制备方法，具体步骤如下：
5、步骤1s：fecraly合金粉末的制备：
6、fe、cr、al、y四种金属粉末按45~55∶25~35∶15~25∶0.01~0.1的质量比混合后球磨15~20 h，得到fecraly合金粉末；
7、步骤2s：镀液的配制：
8、按照一定比例将硫酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠和去离子水均匀混合制备出瓦特镀镍溶液，再分别以混有一定比例fecraly和合金钢混合粉末的瓦特镀镍悬浊液为镀液a、混有一定比例fecraly和la2zr2o7混合粉末的瓦特镀镍悬浊液为镀液b；
9、步骤3s：穿孔顶头表面处理：
10、无缝钢管穿孔顶头表面依次用碱液、去离子水、酸液、去离子水清洗，去除表面的油污和氧化膜，然后用经除油除湿的压缩空气吹干；
11、步骤4s：制备过渡层：
12、将镀液a充分搅拌，采用复合电沉积+水下激光重熔复合技术，在无缝钢管穿孔顶头表面制备成分均匀的ni-合金钢-fecraly合金过渡层；过渡层厚度为0.05~0.8 mm；
13、步骤5s：制备复合层:
14、将镀液b充分搅拌，采用复合电沉积+水下激光重熔技术，在过渡层表面制备la2zr2o7陶瓷颗粒弥散均匀分布的ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合层，得到无缝钢管穿孔顶头表面高温抗氧化耐磨防护涂层；复合层厚度为0.15~1 mm。
15、进一步的，所述步骤2s中，镀液a中fecraly粉末浓度为5-50 g/l，合金钢粉末浓度为5-50 g/l；镀液b中fecraly粉末浓度为5-50 g/l，la2zr2o7粉末浓度为0.5-10 g/l。
16、进一步的，步骤4s和5s中，复合电沉积+水下激光重熔技术的复合电沉积的主要工艺参数为：ph值为3.5~4.0，温度为45~60 ℃，阴极电流密度为1.5~6.5 a/dm2，搅拌速率为400~600 r/min，时间为0.5~6 h；
17、水下激光重熔的主要工艺参数为：扫描速率为800~3000 m/s，扫描间距为0.06~0.08 mm，激光功率为300~600 w，光斑直径为1 mm。
18、进一步的，所述步骤1s中，所述的fe、cr、al、y四种粉末的平均粒度均为1~10 μm、纯度均大于99.99%；
19、所述球磨的转速为300 r/min，球料比为10∶1，氩气气氛， 1.013×105 pa，其中氩气纯度大于99.999%，采用c2h5oh作为球磨过程控制剂以抑制粉末在球磨过程中发生冷焊。
20、进一步的，所述步骤2s中，所述瓦特镀镍溶液成分为：溶剂为去离子水，硫酸镍浓度为250~300 g/l，氯化镍浓度为35~60 g/l，硼酸浓度为30~40 g/l，十二烷基硫酸钠浓度为0.1~0.2 g/l，镀液ph值为3.5~4.0。
21、进一步的，所述步骤3s中，所述的碱液为2~15 wt.% naoh溶液，溶剂为去离子水；所述酸液为2~15 wt.% hcl溶液，溶剂为去离子水；所述无缝钢管穿孔顶头的材料为合金钢。
22、进一步的，所述合金钢粉末与无缝钢管穿孔顶头用合金钢成分相同，其粒度为0.05~2 μm，纯度大于99.99%；所述合金钢为3cr2w8v、15cr2ni3mow等无缝钢管穿孔顶头常用材料；所述la2zr2o7陶瓷粉末的粒度为0.05~0.1 μm，纯度大于99.9%。
23、进一步的，所述步骤4s和5s中，所述镀液a和镀液b的充分搅拌包括2-3 h的机械搅拌和0.5-1 h的超声振荡，机械搅拌的转速为150~250 r/min，超声振荡的功率为20~40khz。
24、本专利技术的另一个技术方案为通过上述高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法制备出的由ni-合金钢-fecraly合金过渡层与ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合层组成的高温抗氧化耐磨防护涂层。
25、本专利技术与现有技术相比有以下有益效果：
26、本专利技术提供的la2zr2o7颗粒弥散分布于ni-fecraly合金中的ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合涂层具有优异的高温抗氧化和耐磨性能，特别适用于服役于高温、高复杂应力和水蒸汽腐蚀等恶劣环境中的无缝钢管穿孔顶头等零部件的表面防护。ni-fecraly合金在超过1000℃的高温环境中仍具有优异的高温强度，较高的cr和al含量可使复合涂层表本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：将Fe、Cr、Al、Y四种金属粉末按比例混合球磨得到FeCrAlY合金粉末，再分别以混有FeCrAlY和合金钢混合粉末的瓦特镀镍悬浊液、混有FeCrAlY和La2Zr2O7混合粉末的瓦特镀镍悬浊液为镀液，采用复合电沉积+水下激光重熔复合技术，在无缝钢管穿孔顶头表面依次制备Ni-合金钢-FeCrAlY合金过渡层和Ni-FeCrAlY-La2Zr2O7金属陶瓷复合层。
2.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述镀液A中FeCrAlY粉末浓度为5-50 g/L，合金钢粉末浓度为5-50 g/L；镀液B中FeCrAlY粉末浓度为5-50 g/L，La2Zr2O7粉末浓度为0.5-10 g/L。
4.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述复合电沉积+水下激光重熔复合技术的复合电沉积的主要工艺参数为：pH值为3.5~4.0，温度为45~60 ℃
5.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述的Fe、Cr、Al、Y四种粉末的平均粒度均为1~10 μm、纯度均大于99.99%；所述球磨的转速为300 r/min，球料比为10∶1，氩气气氛，其中，氩气纯度大于99.999%，1.013×105 Pa，采用C2H5OH作为球磨过程控制剂以抑制粉末在球磨过程中发生冷焊。
6.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述瓦特镀镍溶液成分为：溶剂为去离子水，硫酸镍浓度为250~300 g/L，氯化镍浓度为35~60g/L，硼酸浓度为30~40 g/L，十二烷基硫酸钠浓度为0.1~0.2 g/L，镀液pH值为3.5~4.0。
7.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：步骤3S所述的碱液为2~15 wt.% NaOH溶液，溶剂为去离子水；所述酸液为2~15 wt.% HCl溶液，溶剂为去离子水；所述无缝钢管穿孔顶头的材料为合金钢。
8.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述的合金钢粉末与无缝钢管穿孔顶头用合金钢成分相同，其粒度为0.05~2 μm，纯度大于99.99%；所述合金钢为3Cr2W8V、15Cr2Ni3MoW材料；所述La2Zr2O7陶瓷粉末的粒度为0.05~0.1 μm，纯度大于99.9%。
9.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：在步骤4S和步骤5S中镀液A和镀液B的充分搅拌包括2-3 h的机械搅拌和0.5-1 h的超声振荡，机械搅拌转速为150~250 r/min，超声振荡功率为20~40 KHZ。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法制备出的由Ni-合金钢-FeCrAlY合金过渡层与Ni-FeCrAlY-La2Zr2O7金属陶瓷复合层组成的高温抗氧化耐磨防护涂层。
...【技术特征摘要】
1.一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：将fe、cr、al、y四种金属粉末按比例混合球磨得到fecraly合金粉末，再分别以混有fecraly和合金钢混合粉末的瓦特镀镍悬浊液、混有fecraly和la2zr2o7混合粉末的瓦特镀镍悬浊液为镀液，采用复合电沉积+水下激光重熔复合技术，在无缝钢管穿孔顶头表面依次制备ni-合金钢-fecraly合金过渡层和ni-fecraly-la2zr2o7金属陶瓷复合层。
2.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述镀液a中fecraly粉末浓度为5-50 g/l，合金钢粉末浓度为5-50 g/l；镀液b中fecraly粉末浓度为5-50 g/l，la2zr2o7粉末浓度为0.5-10 g/l。
4.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述复合电沉积+水下激光重熔复合技术的复合电沉积的主要工艺参数为：ph值为3.5~4.0，温度为45~60 ℃，阴极电流密度为1.5~6.5 a/dm2，搅拌速率为400~600 r/min，时间为0.5~6h；
5.根据权利要求2所述的一种高温抗氧化耐磨防护涂层的制备方法，其特征在于：所述的fe、cr、al、y四种粉末的平均粒度均为1~10 μm、纯度均大于99.99%；所述球磨的转速为300 r/min，球料比为10∶1，氩气气氛，其中，氩气纯度大于99.999%，1.013×105 pa，采用c2h5o...
【专利技术属性】
技术研发人员：张帮彦，董家键，吴洪斌，郑世杰，尹蔚蔚，张方宇，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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