一种钼掺杂复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钼掺杂复合涂层及其制备方法，所述复合涂层由喷涂粉末喷涂而成，所述喷涂粉末为含有金属钼掺杂的铁基非晶合金粉末。本发明专利技术通过将金属钼粉末与铁基非晶合金粉末的复合粉加入混料机中预混，然后加入球磨机中进行球磨处理得复合喷涂粉末；对铁基基板表面进行除油、粗化及预热处理；采用超音速火焰喷涂技术将复合喷涂粉末沉积至铁基基板表面，得到钼掺杂复合涂层。本发明专利技术复合涂层组织均匀且同时具有低的孔隙率、优异的结合强度和断裂韧性，以及良好的自润滑减磨性能和耐腐蚀性能，能对不锈钢材料在磨损和盐类腐蚀交互的工况下起到很好的防护作用。工况下起到很好的防护作用。工况下起到很好的防护作用。

【技术实现步骤摘要】
一种钼掺杂复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属复合涂层
，特别涉及一种钼掺杂复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]热喷涂涂层能有效提高各类机械零部件在磨擦载荷和腐蚀环境下的使用时长。如今，社会和科学技术的发展对涂层在高载荷以及交互工况下的使用提出更高的要求。这就要求涂层同时具备优异的耐磨和耐腐蚀性能。得益于原子长程无序的组织结构，非晶合金和涂层展现出较好的硬度、耐磨及耐腐蚀性能，有望应用在海洋工程、石油开采和军工等领域。在众多非晶涂层中，铁基非晶涂层的研究和性能应用最为广泛和集中，然而铁基非晶涂层组织主要由脆性大的玻璃相构成，且硬度相对不高。为了进一步开发能应用在如石油开采行业的柱塞、具有腐蚀介质环境的模具钢以及常见的不锈钢工件上的苛刻工况下服役的高性能铁基非晶涂层意义极大。Jiang等人将9
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23wt.％的钼合金粉混合至铁基非晶合金粉中，随后制备复合涂层(Jiang C P,Xing Y Z,Zhang F Y,et al.Microstructure and corrosion resistance of Fe/Mo composite amorphous coatings prepared by air plasma spraying[J].矿物冶金与材料学报,2012,19(7):657
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662.)。研究表明钼合金的自粘接性和较低的热膨胀系数有利于复合涂层获得致密的结构。然而钼合金有低温脆性以及其合金元素易于高温氧化，这些特性皆不利于制备高性能的非晶复合涂层。相较而言，纯金属钼具有良好的导热性能，塑韧性远高于铁基非晶合金，且其易于在高温条件或摩擦载荷下只形成氧化钼，并起到自润滑减磨作用。因此，开发钼掺杂的复合涂层从理论上可解决现有技术制备的非晶合金涂层脆性大和致密度不高等性能瓶颈，延长工件在复杂工况下的服役寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术的目的是提出一种钼掺杂复合涂层及其制备方法，该涂层同时具有组织均匀，低孔隙率和高结合强度，高耐磨和高耐蚀性等特点，能对不锈钢材料起到很好的防护作用。
[0004]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0005]一种钼掺杂复合涂层，所述复合涂层由喷涂粉末喷涂而成，所述喷涂粉末为含有金属钼掺杂的铁基非晶合金复合粉末。
[0006]优选的，所述喷涂粉末按体积百分比计，包括10～30vol％的金属钼粉末和70～90vol％的铁基非晶合金粉末。
[0007]优选的，所述含有金属钼掺杂的铁基非晶合金复合粉末按质量百分比计，包括31.9～45.9wt％的Fe、27.4～49.4wt％的Mo、15.7～22.5wt％的Cr、1.5～2.1wt％的C、1.3～1.8wt％的B及0.2～0.3wt％的Si。
[0008]优选的，所述的金属钼粉末粒径为1～10μm，所述钼粉末纯度≥96％。
[0009]优选的，所述的铁基非晶合金粉末粒径为400～200目，粉末纯度≥99％。
[0010]一种如上述钼掺杂复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0011](1)将金属钼粉末与铁基非晶合金粉末的复合粉加入高效混料机中预混；
[0012](2)将步骤(1)预混后的混合粉加入高能球磨机中进行球磨处理得复合喷涂粉末；
[0013](3)对铁基基板表面进行除油、粗化及预热处理；
[0014](4)采用超音速火焰喷涂技术将步骤(2)所述的复合喷涂粉末沉积至步骤(3)所得的铁基基板表面，得到钼掺杂复合涂层。
[0015]优选的，步骤(1)中所述预混的条件为：转速50
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100r/min,预混时间1
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4h。进一步优选的，转速50r/min。
[0016]优选的，步骤(2)中所述球磨处理的条件为：转速180～280r/min；球磨时间为5～10h；每球磨20～35min,停机15～30min；磨球直径为10mm、8mm、5mm,按照质量比1：(1～1.5)：(1.5～2)比例进行搭配混合；不添加过程控制剂。进一步优选的，磨球质量比为1：1：(1.5～2)。
[0017]优选的，步骤(3)的具体步骤为：先用丙酮超声清洗铁基基板表面，再用24～80#的白刚玉进行喷砂粗化，然后将基板表面预热至100～150℃。
[0018]优选的，所述铁基基板为不锈钢基板。
[0019]优选的，步骤(4)中所述的超音速火焰喷涂的条件为：燃料类型为丙烷、燃料Ⅰ压力为97～117Psi、燃料Ⅱ压力为102～108Psi、空气压力为105～108Psi、氮气送粉流量为70～80L/min、送粉率为10～30％、喷涂距离为200～300mm、喷涂角度为80～90
°
。
[0020]本专利技术采用金属钼末掺杂的铁基非晶合金粉末作为不锈钢件表面防护涂层材料，其组分中，钼的良好导热性能使喷涂粉和涂层实现更充分的熔化状态，从使涂层沉积片层间的结合强度更高和孔隙率的降低，且钼的熔点极高，可在喷涂的高温时诱导基体微熔以形成一定的冶金结合，从而降低涂层在腐蚀环境下发生点蚀失效；韧性好钼的均匀分散能有效地阻碍复合涂层中裂纹的扩展，进而减少涂层在摩擦载荷下的脱片磨损；同时涂层在磨球作用下，钼元素能在空气中生成具有自润滑效应的氧化钼，能有效地降低摩擦系数并减少磨球与涂层的直接接触面积，从而降低涂层的磨损程度。铁基非晶合金作为复合涂层的主体，其非晶组织无晶界，且其中Cr、B元素能在有氧环境下生成氧化物钝化膜，可一定程度防护涂层腐蚀失效。
[0021]为避免复合粉末颗粒在球磨时氧化，配制粉末需在手套箱中的高纯氩气氛围下进行。
[0022]本专利技术的有益效果是：
[0023](1)本专利技术的涂层能与基体结合良好，组织均匀且孔隙率较低，断裂韧性良好，同时具有自润滑耐磨性能和极高的耐腐蚀性能，可显著提高如304不锈钢等不锈钢件的使用寿命。
[0024](2)本专利技术的涂层，喷涂粉的制备工艺简单、稳定、成本低且性能提升效果明显，可大规模生产应用，为不锈钢表面提供良好的防护或修复作用。
[0025](3)本专利技术的涂层在制备过程中采用活性燃烧高速燃气喷涂技术，相对于传统的喷涂方法，由于其更低的火焰温度和更高的粒子加速速度，不仅降低了复合喷涂粉末的氧化和相变，还使涂层在沉积时获得更高的表面压应力。
附图说明
[0026]图1为实施例2制备的含20vol.％钼掺杂的球磨复合粉的HRSEM形貌图。
[0027]图2为实施例2和对比例1制备的涂层表面未磨抛的HRSEM形貌图。
[0028]图3为实施例2制备的复合涂层的截面HRSEM图。
[0029]图4为实施例3和对比例1制备的复合涂层的X
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射线衍射图谱。
[0030]图5为实施例2和对比例1制备的涂层及不锈钢基体的往复试验摩擦曲线图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钼掺杂复合涂层，其特征在于：所述复合涂层由喷涂粉末喷涂而成，所述喷涂粉末为含有金属钼掺杂的铁基非晶合金复合粉末。2.根据权利要求1所述的一种钼掺杂复合涂层，其特征在于：所述喷涂粉末按体积百分比计，包括10～30vol％的金属钼粉末和70～90vol％的铁基非晶合金粉末。3.根据权利要求1所述的一种钼掺杂复合涂层，其特征在于：所述含有金属钼掺杂的铁基非晶合金复合粉末按质量百分比计，包括31.9～45.9wt％的Fe、27.4～49.4wt％的Mo、15.7～22.5wt％的Cr、1.5～2.1wt％的C、1.3～1.8wt％的B及0.2～0.3wt％的Si。4.根据权利要求1所述的一种钼掺杂复合涂层，其特征在于：所述的金属钼粉末粒径为1～10μm，所述钼粉末纯度≥96％。5.根据权利要求1所述的一种钼掺杂复合涂层，其特征在于：所述的铁基非晶合金粉末粒径为400～200目，粉末纯度≥99％。6.一种如权利要求1至5任一项所述钼掺杂复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属钼粉末与铁基非晶合金粉末的复合粉加入混料机中预混；(2)将步骤(1)预混后的混合粉加入球磨机中进行球磨处理得复合喷涂粉末；(3)对铁基基板表面进行除油、粗化及预热处理；(4)采用超音速火焰喷涂技术将步骤(2)所述的复合喷涂粉末沉积至步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾德长，刘孝青，吴姚莎，邱兆国，郑志刚，王刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：