【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涂层，具体是一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法及应用。
技术介绍
1、钢材在各个领域的应用必不可少，比如45#钢是一种在机械零部件制造行业得到广泛应用的优质碳素结构钢。其含碳量是0.42～0.50％，也即含碳量为0.45％上下，在gb标准中是以此含碳量的多少来命名钢号的，所以将含碳量在0.45％的钢命名为45#钢。45#钢因具有良好的强度、韧性、塑性、综合力学性能及易加工性能，而被广泛用来制备交变负荷条件下的机械零部件。45#钢的屈服强度≥345mpa，抗拉强度≥630mpa，伸长率≥17％，收缩率≥45％，硬度≤197hb。其良好的性能虽然使得45#钢可以适应机床主轴等部分应用环境，但其较低的抗磨损性和抗腐蚀性限制了其进一步的发展。如何提高45#钢的耐磨性能和耐蚀性能成为了当前领域的研究热点。
2、为了进一步提高45#的表面耐磨及耐蚀性能，相关从业者进行了大量研究。
3、例如，中国专利申请号为201711446524.3，申请公开日为2018年4月24日的专利申请文件公开了一种45#钢材工件的淬火方法。该专利表明有效的淬火工艺可以提升45#钢的性能，并指出45#钢工件在850～900℃环境中保温1.5～3小时后，使用60～80℃的淬火剂淬火，450～550℃回火处理后，其钢材表面不会出现开裂现象，且一定程度上克服了钢材淬火后生锈的问题。但是该方法对钢材料的表面强度提升效果不明显，同时也没有提升其耐摩擦性能。中国专利申请号为202010328591.0，申请公开日为2020年7月28日的专利
4、铜为一种软金属，有研究表明，其作为合金元素添加到材料中能够在摩擦磨损中起到良好的自润滑效果，从而提高材料耐磨性能。同时，也能有效提高材料的耐腐蚀性能。而本专利采用包覆方式将铜添加到铁基合金粉末中可以避免成分不均匀、粉体间扩散距离长等问题。但是，目前铜包铁粉的工艺各有不同，但还有待完善。如，中国专利申请号为201610568565.9，申请公开日为2016年11月09日的专利申请文件公开了一种包覆均匀铜包铁复合粉的制备方法。该专利取铁粉加入敏化液敏化后，再加入活化液中进行活化得活化铁粉，再取乙二胺四乙酸二钠、硫酸铜溶液、联氨溶液等物质混合制备得硫酸铜镀膜液，采用还原法以联氨为还原剂将硫酸铜还原成铜粉均匀包覆于活化后的铁粉上，制得包覆均匀铜包铁复合粉的方法。但是，在工业大批量生产时，如何在保证包覆效果的同时降低成本，该方法还有待进一步改进。
技术实现思路
1、1.要解决的问题
2、为了解决上述现有技术所存在的不足，本专利技术涉及一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，在降低成本的同时，可以保证镀铜的包覆效果。
3、进一步地，本专利技术还提供了一种镀铜铁基粉末复合粉体的应用，旨在避免传统热处理工艺的不足，在钢表面形成一层致密均匀的耐磨耐蚀的涂层，从而提高钢的表面耐磨性能和抗腐蚀性能，降低成本的同时强化钢的耐磨耐蚀性能。进一步通过等离子喷焊设备将铁铜合金粉末均匀涂覆在表面光滑的预处理钢表面，利用fe、cr元素扩散机制和cu的自润滑性能，改善钢的耐磨耐蚀性能。
4、2.技术方案
5、为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
6、一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，步骤为：
7、(1)预处理铁基粉末：将铁基粉末分散至酸性溶液中预处理，再经清洗、干燥后得到预处理铁基粉末；
8、(2)配制溶液a：将含cu2+的溶液混合于含络合剂的溶液中得到溶液a；
9、(3)配制溶液b：将含促进氢气排出的表面活性剂、维持ph的缓冲剂和稳定剂的溶液混合于溶液a中，得到溶液b；
10、(4)配制溶液c：将甲醛与溶液b混合得到溶液c；使用甲醛作为还原剂，其成本更低，还原能力较强，反应过程稳定，不易失效，且无需零下温度环境，在保证镀覆效果的前提下降低成本；
11、(5)镀铜铁基粉末复合粉体的制备：将步骤(1)中的预处理铁基粉末分散至溶液c中反应，其中，控制反应体系温度为30～50℃，反应体系的ph为12～13，充分反应结束后，经洗涤、抽滤及干燥后，得到镀铜铁基粉末复合粉体。反应过程如下：
12、cu2++2hcho+4oh-→cu+2hcoo-+2h2o+h2↑
13、温度和ph是化学镀液反应的重要反应条件，甲醛在碱性条件下才具有还原作用，并且专利技术人发现，温度为45℃、ph值为12.5时能够获得更好的镀覆效果，故本专利技术实验中使用naoh溶液调节ph值，并设定温度，以确保实验的正常有序进行。
14、进一步地，步骤(1)中，所述铁基粉末含cr、b、c、si、ni和fe。优选铁基粉末的化学成分的质量百分数为：cr含量：16.5～17.2％，b含量：2.42～2.52％，c含量：0.62～0.66％，si含量：0.45～0.52％，ni含量：0.3～0.5％，余量为fe。
15、进一步地，步骤(1)中，所述铁基粉末的粒径范围在67.384±17.089μm之间。
16、进一步地，步骤(1)中，所述酸性溶液优选20％ hno3溶液。申请人尝试使用盐酸，但没成功，铜没包覆在铁合金粉上。
17、进一步地，步骤(1)中，用去离子水和无水乙醇溶液清洗3～5次，放入真空干燥箱中在55℃下干燥24h。
18、进一步地，步骤(2)的溶液a中，络合剂为edta-2na和/或三乙醇胺。edta-2na和三乙醇胺是化学镀液中的络合剂，其使镀液中的金属离子以络合物的形式存在，增加镀液稳定性。edta-2na的络合稳定系数较大，而三乙醇胺的络合稳定系数较小，这两种络合剂一强一弱能够形成较为合适的络合物稳定性，优选edta-2na和三乙醇胺的混合质量比为2:5。
19、进一步地，edta-2na的浓度为10～15g/l，三乙醇胺的浓度为28～33g/l，所述含cu2+的溶液为硫酸铜溶液时，硫酸铜的浓度为10～20g/l。
20、进一步地，步骤(3)的溶液b中，表面活性剂包括聚乙二醇6000，缓冲剂包括无水乙酸钠，稳定剂包括2,2联吡啶。聚乙二醇作为表面活性剂可以使反应生成的氢气更易排出；2,2联吡啶作为稳定剂防止镀液失稳失效；无水乙酸钠作为缓冲剂可以维持镀液中的ph值不会发生太大的改变。
21、进一步地，步骤(3)的溶液b中，聚乙二醇6000的浓度为1～1.3g/l，无水乙酸钠的浓度为18～25g/l，2,2联吡啶的浓度为8～11mg/l。
22、进一步地，步骤(4)的溶液c中，甲醛的浓度为9～13ml本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：所述铁基粉末含Cr、B、C、Si、Ni和Fe。
3.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)的溶液a中，络合剂为EDTA-2Na和/或三乙醇胺。
4.根据权利要求3所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：溶液a中，EDTA-2Na的浓度为10～15g/L，三乙醇胺的浓度为28～33g/L，所述含Cu2+的溶液为硫酸铜溶液时，硫酸铜的浓度为10～20g/L。
5.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)的溶液b中，表面活性剂包括聚乙二醇6000，缓冲剂包括无水乙酸钠，稳定剂包括2,2联吡啶。
6.根据权利要求5所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)的溶液b中，聚乙二醇6000的浓度为1～1.3g/L，无水乙酸钠的浓度为18～25g/L，2,2联吡啶的浓度为8～11mg/L。p>
7.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(4)的溶液c中，甲醛的浓度为9～13mL/L。
8.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，镀铜铁基粉末复合粉体的含铜量为5％～12％。
9.一种镀铜铁基粉末复合粉体的应用，其特征在于：将权利要求1～8任意一项制备方法所得镀铜铁基粉末复合粉体混合于粘结剂中，并涂覆于钢材表面形成涂层。
10.根据权利要求9所述镀铜铁基粉末复合粉体的应用，其特征在于：使用喷焊工艺对钢材表面的涂层进行处理。
...【技术特征摘要】
1.一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：所述铁基粉末含cr、b、c、si、ni和fe。
3.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(2)的溶液a中，络合剂为edta-2na和/或三乙醇胺。
4.根据权利要求3所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：溶液a中，edta-2na的浓度为10～15g/l，三乙醇胺的浓度为28～33g/l，所述含cu2+的溶液为硫酸铜溶液时，硫酸铜的浓度为10～20g/l。
5.根据权利要求1所述的一种镀铜铁基粉末复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤(3)的溶液b中，表面活性剂包括聚乙二醇6000，缓冲剂包括无水乙酸钠，稳定剂包括2,2联吡啶。
...【专利技术属性】
技术研发人员：黄贞益，邢晓玉，朱华林，管海云，王伟，叶松，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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