一种梯度复合耐磨涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100‑160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.1‑0.3mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC‑NiCrBSi‑Si3N4混合粉末，得到WC‑NiCrBSi‑Si3N4梯度复合耐磨涂层，所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2‑0.6mm。所述复合涂层能够提高基体的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法。
技术介绍
磨损是金属零件失效的三种主要原因(磨损、腐蚀和疲劳)之一。它所造成的经济损失是十分巨大的，如美国1981年公布的数字，每年由于磨损而造成的损失高达1000亿美元。其中材料消耗约为200亿美元，相当于材料年产量的7％。由于材料耐磨性较差，我国大量基础零件的损失寿命普遍大幅度低于国外先进产品的水平，因此直接及间接的经济损失也是十分惊人的。仅就冶金矿山、农机、煤炭、电力、和建材五个工业部门不完全的统计，每年仅由于磨料磨损而需要补充的备件就达100万吨钢材，相当于15～20亿人民币。又如机械工业每年所用的钢材，约有一半是消耗在备件的生产上，而备件中的大部分是由于磨损寿命不高而失效的，如约40％的农机具备件是由于磨料磨损消耗的，约30％的锅炉钢管是由于腐蚀磨损失效的。在冶金矿山生产中，机械的工况和使用环境十分恶劣，磨损失效是机械失效的主要原因。以液浆泵为例，它是用来抽取的洗矿后剩下的尾矿砂泥浆，泥浆中含有部分硬度较髙的精矿砂、沙砾以及较大的石块，而且其中还含有硫等腐蚀性的物质，加之运送泥浆时需要较高的压头，因此泵中流体的速度很高。具有较大的冲击力。这些工况条件决定了渣浆泵在使用时即要能承受多种形式的磨损，又要有很高的机械韧性和强度，因而对泵过流部件的材质提出了很高的要求。然而单一材料的性能很难满足这种即要有很高的机械强度，又要有能耐磨、耐腐的要求。热喷涂工艺及复合材料的产生，为解决这个问题开辟了一片新的前景。例如，将耐磨陶瓷材料喷涂在耐冲击的金属材料上，将两种材料取长补短，优势互补，可以满足机械设备日益提高的机械负荷和对抗磨损性的苛刻要求。热喷涂复合耐磨涂层能否成功的关键在于耐磨性，然而喷涂材料与涂层的性质有很大的差异，所以，只能根据喷涂材料既有性质进行选材，至于耐磨涂层的耐磨性需要大量的性能试验验证。耐磨涂层质量除了与喷涂材料有关，还受到喷涂工艺与涂层结构的影响，这涉及涂层的结合强度和残余热应力，高结合强度与低残余热应力是热喷涂工艺的最终目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种梯度复合耐磨涂层的制备方法，所述复合涂层能够提高基体的耐磨性能。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100-160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.1-0.3mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC-NiCrBSi-Si3N4混合粉末，得到WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层，所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2-0.6mm。本专利技术相较于其他梯度复合耐磨涂层，其工作层中采用NiCrBSi，而所述NiCrBSi是过渡层材料之一。通过所述特定设计，使得工作层与过渡层之间结合更加紧密，增加了涂层的牢固性，使得过渡层与工作层不易脱离，增加其耐磨性能及可靠性。本专利技术所述的WC-NiCrBSi-Si3N4混合粉末，其为纳米级，以1:2-6:0.5-2的重量比混合。本专利技术的所述大气等离子喷涂设备，是本领域的已知技术，其工艺条件的确定，可以根据本领域的现有技术，或者有限次试验进行确定，本专利技术不再就其进行限定。大气等离子喷涂是所有的热喷涂工艺中灵活性最强的一个，它可以产生足够的能量熔化任何材料。喷涂方式可分为大气等离子、大气保护等离子、真空等离子和水稳等离子喷涂等。喷涂设备主要由喷枪、送粉器、直流电源、控制系统、热交换器和管路系统组成。由于等离子喷涂使用粉末作为涂层原料，在等离子喷涂工艺中可以使用的涂层材料的数量几乎是无限的。在阳极(喷嘴)和阴极(电极)之间点燃高频电弧，在其间流动的工艺气体(通常为氩气、氮气、氢气和氦气的混合物)被离子化为热等离子气体的羽流，从而超过太阳表面6,600℃至16,600℃的温度。当涂层材料被注入到气体羽流后，材料被熔化并被射向靶基体。使用的工艺气体与电极上施加的电流共同控制工艺产生的能量。由于可以对每种气体和所用电流进行精确的调节，所以涂层结果可以重复和预测。同时，材料被射入羽流的地点和角度以及喷枪到靶的距离也可被控制，从而能高度灵活地产生恰当的材料喷涂参数，扩大熔化的温度范围。等离子喷枪与靶部件的距离、喷枪和部件的相对速度以及部件冷却(通常借助集中在靶基体的空气喷射的帮助)，一般将部件的喷涂温度控制在38℃至260℃。优选的，本专利技术所述的基材为渣浆泵的叶轮或壳体。即：相较于其他的粘结底层，本专利技术采用NiCrBSi作为粘结底层，其起到了降低热处理温度、改善基体与工作层连接性质的作用，实现良好的结合。本专利技术所述的NiCrBSi，其各成分之间比例不做特定限定，各个成分只要达到有效量即可。例如，其含量为Cr14-18wt％、B3-4.5wt％、Si3.5-5.5wt％，Ni余量。本专利技术采用WC-NiCrBSi-Si3N4联用，并在基底表面和所述梯度复合涂层之间设置NiCrBSi中间涂层，使得涂层耐磨耐腐蚀，且与结合力强。本专利技术采用大气等离子喷涂工艺，相较于其他热喷涂工艺，特别适合用于本专利技术的渣浆泵叶轮和壳体等不规则部件，且所述工艺与本专利技术的特定材料配合，得到的涂层坚固牢靠，耐腐蚀耐磨。将本专利技术得到的梯度复合耐磨涂层基体置于水沙混合物中，进行旋转磨损试验，经过24小时后，称重，并与磨损前的重量进行比较，磨损损失率低于0.001％，说明本专利技术制备得到的复合涂层耐磨且与基体结合紧密牢固。具体实施方式下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1一种渣浆泵的叶轮或壳体WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100-160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.1mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC-NiCrBSi-Si3N4混合粉末，比例为10:1:0.5，得到WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层，所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2mm。实施例2一种渣浆泵的叶轮或壳体WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100-160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.3mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC-NiCrBSi-Si3N4混合粉末，二者比例为10:1:2，得到WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层，所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.6mm。实施例3一种渣浆泵的叶轮或壳体WC-NiCrBSi-Si3N4梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100-160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100‑160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.1‑0.3mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC‑NiCrBSi‑Si3N4混合粉末，得到WC‑NiCrBSi‑Si3N4梯度复合耐磨涂层，所述梯度复合耐磨涂层厚度为0.2‑0.6mm；所述的WC‑NiCrBSi‑Si3N4混合粉末，其为纳米级，以1:2‑6:0.5‑2的重量比混合。

【技术特征摘要】
1.一种梯度复合耐磨涂层的制备方法，其包括：(1)将基材表面进行喷砂粗化处理；(2)分别用丙酮和乙醇洗涤基材表面，并在100-160℃下干燥；(3)采用大气等离子喷涂设备，对所述基材表面进行等离子喷涂NiCrBSi过渡层，所述过渡层厚度为0.1-0.3mm；(4)在过渡层上采用大气等离子喷涂WC-NiCrBSi...

【专利技术属性】
技术研发人员：张达明，
申请(专利权)人：无锡明盛纺织机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32