[发明专利]一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材及其制备方法和应用，该丝料包括98.5‑99.5 wt.%铁基非晶和0.5‑1.5 wt.%碳纳米管；所述粉芯丝材由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯由七种元素粉末混合而成，其重量百分比范围如下：38%Cr、2%C、4%Si、3%Ni、5%Co、10%Zr，余量为Fe；所述不锈钢带为310S不锈钢，粉芯与不锈钢带的重量比为0.8:1。所述粉芯丝材在铁基非晶/碳纳米管复合防护涂层中的应用，采用电弧喷涂技术制备涂层。本发明获得结合强度高、硬度高、耐磨损性能优异的防护涂层，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于金属材料领域，具体涉及一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材及其制备方法和应用。

背景技术

磨损是机械零部件和工程构件的主要失效形式之一，它所导致的经济损失十分巨大。随着工业技术的迅速发展和机械化、自动化程度的不断提高，机械设备和零件磨损引起的危害越来越受到人们重视。非晶材料作为一种新型材料，由于其长程无序、短程有序的结构，不存在晶界、位错等缺陷，因此通常表现按出高的强度、硬度、良好的耐磨和耐蚀性能等优点。但是，现有铁基非晶或制备难度大、成本高，或体系的非晶相含量不高，使得该非晶材料的耐磨性能不良。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是：提供一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材及其制备方法和应用，碳纳米管均匀地分散在非晶基体中，得到的复合材料具有高结合强度、高硬度和优异的耐磨损性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是：一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材，该丝材包括98.5-99.5 wt.%的铁基非晶和0.5-1.5 wt.%的碳纳米管；所述丝材由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯由七种元素粉末混合而成，其重量百分比范围如下：38% Cr、2% C、4% Si、3% Ni、5% Co、10% Zr，余量为Fe；所述不锈钢带为310S不锈钢，粉芯与不锈钢带的重量比为0.8:1。

更进一步的是，它包括99 wt.%的铁基非晶和1 wt.%的碳纳米管。

更进一步的是，一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材，所述丝材由以下步骤制得：

（1）将粉芯的七种元素粉末和碳纳米管依质量百分含量混合后加入酒精，在球磨机中以120 r/min的转速湿混24-36 h，得到混合料，不锈钢研磨球与混合粉末的重量比为4:1；

（2）将步骤（1）混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入烘箱中干燥，烘干温度为80 °C，烘干时间为4 h，然后过60-150目筛，得粉料；

（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入步骤（2）的粉料；

（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，然后逐道拉拔、减径，最终获得直径为3 mm的粉芯丝材。

更进一步的是，一种高耐磨铁基非晶/碳纳米管粉芯丝材在复合防护涂层中的应用，所述复合防护涂层的施工方法包括如下步骤：

（1）对基体表面进行预处理：将基体表面除锈除油后，在气压0.7-0.8 MPa条件下，采用粒度5-35目的棕刚玉砂，对基体表面进行喷砂粗化；

（2）喷涂：将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶/碳纳米管复合防护涂层；电弧喷涂设备的工艺参数为：喷涂电压为32 V，喷涂电流为160A，喷涂距离为200 mm，压缩空气压力为0.6 MPa。

更进一步的是，所述复合防护涂层的结合强度≥30 MPa，硬度≥700 HV_0.3，摩擦系数≤0.5。

本发明的有益效果是：