一種梯度複合耐磨塗層的製備方法與流程

2023-11-06 03:02:17 1

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層的製備方法。

背景技術：

磨損是金屬零件失效的三種主要原因(磨損、腐蝕和疲勞)之一。它所造成的經濟損失是十分巨大的，如美國1981年公布的數字，每年由於磨損而造成的損失高達1000億美元。其中材料消耗約為200億美元，相當於材料年產量的7％。由於材料耐磨性較差，我國大量基礎零件的損失壽命普遍大幅度低於國外先進產品的水平，因此直接及間接的經濟損失也是十分驚人的。

僅就冶金礦山、農機、煤炭、電力、和建材五個工業部門不完全的統計，每年僅由於磨料磨損而需要補充的備件就達100萬噸鋼材，相當於15～20億人民幣。又如機械工業每年所用的鋼材，約有一半是消耗在備件的生產上，而備件中的大部分是由於磨損壽命不高而失效的，如約40％的農機具備件是由於磨料磨損消耗的，約30％的鍋爐鋼管是由於腐蝕磨損失效的。

在冶金礦山生產中，機械的工況和使用環境十分惡劣，磨損失效是機械失效的主要原因。以液漿泵為例，它是用來抽取的洗礦後剩下的尾礦砂泥漿，泥漿中含有部分硬度較髙的精礦砂、沙礫以及較大的石塊，而且其中還含有硫等腐蝕性的物質，加之運送泥漿時需要較高的壓頭，因此泵中流體的速度很高。具有較大的衝擊力。這些工況條件決定了渣漿泵在使用時即要能承受多種形式的磨損，又要有很高的機械韌性和強度，因而對泵過流部件的材質提出了很高的要求。然而單一材料的性能很難滿足這種即要有很高的機械強度，又要有能耐磨、耐腐的要求。

熱噴塗工藝及複合材料的產生，為解決這個問題開闢了一片新的前景。例如，將耐磨陶瓷材料噴塗在耐衝擊的金屬材料上，將兩種材料取長補短，優勢互補，可以滿足機械設備日益提高的機械負荷和對抗磨損性的苛刻要求。

熱噴塗複合耐磨塗層能否成功的關鍵在於耐磨性，然而噴塗材料與塗層的性質有很大的差異，所以，只能根據噴塗材料既有性質進行選材，至於耐磨塗層的耐磨性需要大量的性能試驗驗證。耐磨塗層質量除了與噴塗材料有關，還受到噴塗工藝與塗層結構的影響，這涉及塗層的結合強度和殘餘熱應力，高結合強度與低殘餘熱應力是熱噴塗工藝的最終目的。

技術實現要素：

本發明的目的在於提出一種梯度複合耐磨塗層的製備方法，所述複合塗層能夠提高基體的耐磨性能。

為達此目的，本發明採用以下技術方案：

一種梯度複合耐磨塗層的製備方法，其包括：

(1)將基材表面進行噴砂粗化處理；

(2)分別用丙酮和乙醇洗滌基材表面，並在100-160℃下乾燥；

(3)採用大氣等離子噴塗設備，對所述基材表面進行等離子噴塗NiCrAl過渡層，所述過渡層厚度為0.1-0.3mm；

(4)在過渡層上採用大氣等離子噴塗TiN-Mo2FeB2混合粉末，得到TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層，所述梯度複合耐磨塗層厚度為0.2-0.6mm。

本發明所述的TiN-Mo2FeB2混合粉末，其為納米級，二者以10-3:1的重量比混合。

本發明採用TiN具有高硬度、低摩擦係數、高粘著強度、化學穩定性好、良好的導電性和與鋼鐵材料的熱膨脹係數相近等優點，從而被廣泛應用於機械、材料、化工、電子、冶金等領域。

本發明的所述大氣等離子噴塗設備，是本領域的已知技術，其工藝條件的確定，可以根據本領域的現有技術，或者有限次試驗進行確定，本發明不再就其進行限定。

大氣等離子噴塗是所有的熱噴塗工藝中靈活性最強的一個，它可以產生足夠的能量熔化任何材料。噴塗方式可分為大氣等離子、大氣保護等離子、真空等離子和水穩等離子噴塗等。噴塗設備主要由噴槍、送粉器、直流電源、控制系統、熱交換器和管路系統組成。由於等離子噴塗使用粉末作為塗層原料，在等離子噴塗工藝中可以使用的塗層材料的數量幾乎是無限的。在陽極(噴嘴)和陰極(電極)之間點燃高頻電弧，在其間流動的工藝氣體(通常為氬氣、氮氣、氫氣和氦氣的混合物)被離子化為熱等離子氣體的羽流，從而超過太陽表面6,600℃至16,600℃的溫度。當塗層材料被注入到氣體羽流後，材料被熔化並被射向靶基體。

使用的工藝氣體與電極上施加的電流共同控制工藝產生的能量。由於可以對每種氣體和所用電流進行精確的調節，所以塗層結果可以重複和預測。同時，材料被射入羽流的地點和角度以及噴槍到靶的距離也可被控制，從而能高度靈活地產生恰當的材料噴塗參數，擴大熔化的溫度範圍。

等離子噴槍與靶部件的距離、噴槍和部件的相對速度以及部件冷卻(通常藉助集中在靶基體的空氣噴射的幫助)，一般將部件的噴塗溫度控制在38℃至260℃。

優選的，本發明所述的基材為渣漿泵的葉輪或殼體。即：

所述NiCrAl底層材料是市售產品，本領域技術人員可以購買得到，或者自己加工製備得到。例如，按照1-3:1-3:1-3的原子比復配得到。

本發明採用TiN-Mo2FeB2聯用，並在基底表面和所述梯度複合塗層之間設置NiCrAl中間塗層，使得塗層耐磨耐腐蝕，且與結合力強。

本發明採用大氣等離子噴塗工藝，相較於其他熱噴塗工藝，特別適合用於本發明的渣漿泵葉輪和殼體等不規則部件，且所述工藝與本發明的特定材料配合，得到的塗層堅固牢靠，耐腐蝕耐磨。

將本發明得到的梯度複合耐磨塗層基體置於水沙混合物中，進行旋轉磨損試驗，經過24小時後，稱重，並與磨損前的重量進行比較，磨損損失率低於0.001％，說明本發明製備得到的複合塗層耐磨且與基體結合緊密牢固。

具體實施方式

下面通過具體實施方式來進一步說明本發明的技術方案。

實施例1

一種渣漿泵的葉輪或殼體TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層的製備方法，其包括：

(1)將基材表面進行噴砂粗化處理；

(2)分別用丙酮和乙醇洗滌基材表面，並在100-160℃下乾燥；

(3)採用大氣等離子噴塗設備，對所述基材表面進行等離子噴塗NiCrAl過渡層，所述過渡層厚度為0.1mm；

(4)在過渡層上採用大氣等離子噴塗TiN-Mo2FeB2混合粉末，二者比例為10:1，得到TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層，所述梯度複合耐磨塗層厚度為0.2mm。

實施例2

一種渣漿泵的葉輪或殼體TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層的製備方法，其包括：

(1)將基材表面進行噴砂粗化處理；

(2)分別用丙酮和乙醇洗滌基材表面，並在100-160℃下乾燥；

(3)採用大氣等離子噴塗設備，對所述基材表面進行等離子噴塗NiCrAl過渡層，所述過渡層厚度為0.3mm；

(4)在過渡層上採用大氣等離子噴塗TiN-Mo2FeB2混合粉末，二者比例為10:1，得到TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層，所述梯度複合耐磨塗層厚度為0.6mm。

實施例3

一種渣漿泵的葉輪或殼體TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層的製備方法，其包括：

(1)將基材表面進行噴砂粗化處理；

(2)分別用丙酮和乙醇洗滌基材表面，並在100-160℃下乾燥；

(3)採用大氣等離子噴塗設備，對所述基材表面進行等離子噴塗NiCrAl過渡層，所述過渡層厚度為0.2mm；

(4)在過渡層上採用大氣等離子噴塗TiN-Mo2FeB2混合粉末，二者比例為5:1，得到TiN-Mo2FeB2梯度複合耐磨塗層，所述梯度複合耐磨塗層厚度為0.4mm。

將實施例1-3得到的梯度複合耐磨塗層基體置於水沙混合物中，進行旋轉磨損試驗，經過24小時後，稱重，並與磨損前的重量進行比較，磨損損失率低於0.01％，說明實施例1-3製備得到的複合塗層耐磨且與基體結合緊密牢固。