[发明专利]一种含陶瓷相的铁基非晶纳米晶复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热喷涂领域，特别涉及一种含陶瓷相的铁基非晶纳米晶复合涂层及其制备方法。

背景技术

材料的失效多发生于表面，磨损和腐蚀是材料或机械零部件在使用过程中失效的最普遍形式，每年给国民经济造成巨大的损失。表面工程技术是提高材料表面性能的重要途径，其中热喷涂技术是最重要的技术之一。通过热喷涂可以在材料表面沉积一层金属或金属陶瓷涂层，使其具有耐磨损、防腐蚀、抗氧化等性能，从而对基体材料起到保护作用。当前工业技术的高度发展，对热喷涂层的性能提出了更高的要求，针对恶劣环境下(比如，火力发电机组的燃煤锅炉管壁承受高温、高压、烟气腐蚀，水电站的水轮机叶片承受砂石磨损和气蚀等)耐腐蚀、耐磨损涂层的应用开发成为热喷涂领域的研究重点。

现有的技术中，陶瓷材料是一类重要的耐高温腐蚀、氧化和磨损热喷涂材料。热喷涂陶瓷或金属陶瓷复合涂层，主要是氧化物和碳化物陶瓷及它们与金属的复合涂层，因其具有优良的耐磨性和优异的高温性能，尤其是耐冲蚀性能，可以有效地减轻热腐蚀和烟气冲蚀磨损，在许多场合得到应用。然而，单一的陶瓷涂层因为具有较高的孔隙率、较低的断裂韧性以及和基体金属材料存在较大的热膨胀系数差异，应用受到限制；金属陶瓷复合涂层，如Cr3C2-(N iCr)，WC-Co等金属陶瓷复合涂层可以得到较高的涂层质量和良好的涂层性能，应用比较广泛，如Cr3C2-(N iCr)涂层应用在锅炉管道的高温冲蚀防护上，缺点是材料成本高，主要采用等离子喷涂或高速火焰喷涂，工艺复杂，施工成本高且现场施工不便。

铁基非晶、纳米晶合金涂层是一种新型的热喷涂涂层，因其具有耐磨损、耐腐蚀等综合性能，并且成本相对低廉，近年来得到广泛研究，比如国内外正在研究其替代45CT应用在锅炉“四管”防护上。早期主要采用等离子喷涂和高速火焰喷涂技术制备非晶、纳米晶涂层，在施工便利性和施工成本方面存在不足，目前已经开始研究采用电弧喷涂技术制备非晶、纳米晶涂层，如CN200610114516.4就提供了一种铁基非晶、纳米晶涂层的制备方法。相较陶瓷或金属陶瓷复合涂层而言，铁基非晶、纳米晶涂层优点是耐蚀性能较好、结合强度高、成本低，不过硬度不及前者高，在耐磨粒、滑动或冲蚀性能上也不及一些陶瓷或金属陶瓷复合涂层。

发明内容

本发明的目的就是提供一种结合强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化性能好、使用寿命长、成本低的含陶瓷相的铁基非晶纳米晶复合涂层及其制备方法。

根据上述目的，本发明整体的技术方案为：

采用铁基非晶、纳米晶作为陶瓷相的支撑基体，并使用电弧喷涂制备涂层，将可以发挥非晶、纳米晶基体相和陶瓷硬质相各自的优点，能大幅提高金属在严重的腐蚀磨损中的使用性能，延长使用寿命。

首先将Co或Ni包碳化物或氧化物陶瓷加入到药芯中，和具有非晶形成成分的铁基合金一起制备成药芯丝材作为喷涂材料，采用电弧喷涂方法将药芯丝材熔化并雾化成熔滴后沉积在基体上，制备出含有陶瓷相结构的铁基非晶纳米晶复合涂层，涂层结合强度高，铁基非晶纳米晶基体上分布着硬质陶瓷相，有良好的耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等性能，显著延长基体使用寿命，可以广泛应用于冶金、电力、石油等行业的设备零件的修复和防护上。

根据上述目的和整体技术方案，本发明具体的技术方案为：

喷涂材料是由药皮和药芯组成的药芯丝材，其总成分重量百分比为：Cr13～25％，Mn 0.2～5％，B 0.2～5％，C 0.05～1％，Si 0.1～0.5％，Mo 0.5～5％，W 0.5～6％，及药芯中含Co或Ni包碳化物陶瓷粉末5～10％，或者含Co或Ni包氧化物陶瓷粉末6～12％，其余为Fe。

药芯丝材药皮采用含碳量≤0.04％、含铬量约为16～17％的铬钢带，具有成分X1；药芯为配制的金属、合金和陶瓷等组成的混合粉末，成分为X2，药皮和药芯的总成分X在上述成分范围内。

上述碳化物为WC、TiC、Cr₃C₂中的任一种；氧化物为Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃、ZrO₂中的任一种。

药芯中含Co或Ni包碳化物陶瓷粉末为微米级，粒径为38μm～150μm。

或药芯中含Co或Ni包碳化物陶瓷粉末为纳米级，原始尺寸为30～100nm，造粒后粒径为38μm～150μm。

或药芯中含Co或Ni包氧化物陶瓷粉末为微米级，粒径为38μm～150μm。