【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料制备，具体涉及一种高结合强度的cr3c2基涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
1、超音速火焰喷涂是20世纪80年代初在普通火焰喷涂的基础上发展起来的一种新型热喷涂技术。它是将喷涂粉末送入经氧气(空气)和煤油、丙烷、乙炔等燃料按比例混合燃烧的高温高速火焰中，加热至熔融或半熔融状态并通过压缩-膨胀喷嘴高速喷射到基体表面，从而获得高结合强度、高硬度、耐磨耐腐蚀、致密的高质量的涂层。超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度快、沉积速度快、结合强度大、致密度高等优点，并且其高冷却速度能有效限制元素偏析，抑制金属间化合物的形核和长大，有利于固溶体的形成。因此，超音速火焰喷涂非常适合于制备合金或合金碳化物系列金属陶瓷耐磨涂层，在近年来得到快速发展并得到了广泛的应用。
2、超音速火焰喷涂的金属陶瓷涂层追求的是高硬度与高致密性，目前主要通过陶瓷相颗粒的含量与粒径设计增加涂层硬度来提高其耐磨性，并没有过多考虑金属相的强化设计。虽然通过涂层成分和工艺优化可以使得涂层具有较高硬度，但是由于涂层中大量硬质陶瓷相的存在，使涂层韧性较低，线性膨胀系数远低于金属基体，涂层的结合强度不高；并且由于金属陶瓷涂层中强度较弱的金属相的存在，使得金属相仍然是金属陶瓷涂层磨损的薄弱环节。在涂层高温摩擦过程中，磨损应力对涂层的撕裂、剥离，特别是在重载、腐蚀、高温交变磨损环境下，由于金属陶瓷涂层与金属基体结合强度不足，金属相的强度与耐腐蚀性较弱，对涂层的磨损、腐蚀、撕裂、剥离作用显著加剧。
技术实现思路
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种高结合强度的cr3c2基涂层，所用原料以质量百分比计包括：5-8wt％ni、5-8wt％co、6.5-9.5wt％cr、8-10wt％v、0-5wt％mo和0-2wt％ta，余量为cr3c2。
3、进一步，所用原料以质量百分比计包括：6wt％ni、6wt％co、7wt％cr、8.5wt％v、2.5wt％mo和0.5wt％ta，余量为cr3c2。
4、进一步，所用原料以质量百分比计包括：5wt％ni、5wt％co、6.5wt％cr、8wt％v和3wt％mo，余量为cr3c2。
5、进一步，所用原料以质量百分比计包括：5wt％ni、5wt％co、6.5wt％cr、8wt％v和0.8wt％ta，余量为cr3c2。
6、本专利技术采用上述技术方案的有益效果为：金属陶瓷中金属相以ni、co、cr、v、mo、ta形成高熵合金从而提高涂层的硬度和强度，进而显著提高涂层的耐磨性。此外，mo粉加入可以降低摩擦系数，以及改善涂层在高温氧化摩擦环境下的润滑条件，从而提高涂层的耐磨性；ta粉的加入可以有效涂层金属相的高温强度，从而提高涂层的高温耐磨性。
7、本专利技术还公开了一种高结合强度的cr3c2基涂层的制备方法，包括以下步骤：
8、s1：称取各原料，通过球磨混合均匀，得到混合料，随后将混合料与成型剂以1∶3-5的质量比混合，于120-180rpm的转速下继续球磨12-24h，得到浆料；球磨使各组分粉末均匀分布于浆料内部，形成成分均匀的悬浮液，以提升雾化造粒的效率，提高造粒粉末的球形率和成分均匀性，改善造粒粉末的粒度分布；
9、s2：将浆料通过喷雾造粒，烘干；随后在0.1-0.5pa的真空度下将温度从室温升至100-150℃，并烧结1-2h；在0.01-0.1pa的真空度下继续升温至350-550℃，并烧结2-5h；然后在小于0.01pa的真空度下继续升温至1200-1320℃，并烧结0.5-1.5h；最后随炉降至室温，经筛分后得到喷涂粉末；雾化造粒后粉末经真空烧结热处理，使粉末致密度从35-50％提高至95％左右，得到球形度高、成分分布均匀的整体喷涂粉末，能显著提高超音速火焰喷涂制得涂层的致密度；
10、s3：对基体表面依次进行除污、喷丸和喷砂处理；待喷涂的基体通过喷丸和高能喷砂处理，可在基体表面形成可控的压应力和高密度的位错，能有效抑制和减缓裂纹的形成与扩展速度，显著提高了涂层的结合强度；
11、s4：将处理后的基体预热至80-120℃，减少涂层与基体的喷涂热应力，提高涂层结合力；采用超音速火焰喷涂将步骤s2制得的喷涂粉末喷涂在基体表面，得到高结合强度的cr3c2基涂层。
12、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
13、进一步，球磨过程为：先将粒径为1-2.5μm的ni、co、cr、v、mo和ta在200-400rpm的转速下球磨20-30h，再按比例加入cr3c2粉末，在150-200rpm的转速下继续球磨6-8h，得到混合料。
14、进一步，原料混合时球磨的球料比为5-8∶1；混合料与成型剂球磨时的球料比为5-10∶1。球磨工艺主要是金属粉末机械合金化，提高喷涂粉末的成分均匀性，并且使原始粉末球化，以及消除粉末颗粒的微观缺陷等。
15、进一步，成型剂为成型剂为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺溶液。
16、进一步，聚乙烯醇溶液的浓度为12.5-25wt％。
17、进一步，聚乙烯醇溶液的制备过程为：将聚乙烯醇与去离子水按照1∶4-8的质量比混合，随后水浴加热至65-85℃，并搅拌12-24h，得到浓胶；向浓胶中加入与聚乙烯醇质量比为1∶30-50的去离子水，并继续搅拌1-2h，即得聚乙烯醇溶液。
18、进一步，喷雾造粒的压力为0.8-1.5mpa，进口温度为200-380℃，出口温度为100-200℃，送料速度为30-50rpm，雾化盘转速为12000-18000rpm，造粒气氛所用气体为惰性气体。
19、进一步，烘干的真空度为0.1-0.5pa，烘干温度为80-100℃，烘干时间为10-15h。
20、进一步，烧结过程的升温速率为2-5℃/min。
21、进一步，除污处理为：将基体置于8-15wt％naoh溶液中超声处理20-30min，随后在丙酮中超声清洗10-20min，烘干至无水渍即可。
22、进一步，喷丸处理为：采用直径为0.2-1.5mm、硬度为55-65hrc的铸钢球丸进行喷丸处理，喷丸处理的角度为60-90°，压力为0.5-0.8mpa，处理时间为15-35min。
23、进一步，喷丸处理中直径为0.2-0.5mm的钢球占比10-15wt％，直径为0.5-0.8mm的钢球占比25-35wt％，直径为0.8-1.2mm的钢球占比30-40wt％，余量为直径为1.2-1.5mm的钢球。
24、进一步，喷砂处理为：采用粒径为24-80目的白刚玉砂进行喷砂处理，喷砂处理的压力为0.7-1.2mpa，喷砂距离为100-200mm，处理后基体的表面粗糙度为ra3-5μm本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高结合强度的Cr3C2基涂层，其特征在于，所用原料以质量百分比计包括：5-8wt％Ni、5-8wt％Co、6.5-9.5wt％Cr、8-10wt％V、0-5wt％Mo和0-2wt％Ta，余量为Cr3C2。
2.根据权利要求1所述的高结合强度的Cr3C2基涂层，其特征在于，所用原料以质量百分比计包括：6wt％Ni、6wt％Co、7wt％Cr、8.5wt％V、2.5wt％Mo和0.5wt％Ta，余量为Cr3C2。
3.权利要求1或2所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，所述成型剂为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺溶液。
5.根据权利要求3所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒的压力为0.8-1.5MPa，进口温度为200-380℃，出口温度为100-200℃，送料速度为30-50rpm，雾化盘转速为12000-18000rpm，造粒气氛所用气体为惰性气体。
6.根据权利要求3
7.根据权利要求3所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，所述喷丸处理为：采用直径为0.2-1.5mm、硬度为55-65HRC的铸钢球丸进行喷丸处理，喷丸处理的角度为60-90°，压力为0.5-0.8MPa，处理时间为15-35min。
8.根据权利要求3所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，所述喷砂处理为：采用粒径为24-80目的白刚玉砂进行喷砂处理，喷砂处理的压力为0.7-1.2MPa，喷砂距离为100-200mm，处理后基体的表面粗糙度为Ra3-5μm。
9.根据权利要求3所述的高结合强度的Cr3C2基涂层的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的过程中需将喷枪与基体保持垂直，助燃剂压缩空气压力为0.5-0.85MPa，助燃剂流动速率为750-1200SL/min，燃料注入压力为0.55-0.85MPa，燃料流动速率为10-20SL/h，燃烧室燃烧压力为0.6-1.0MPa。
10.权利要求1或2所述的高结合强度的Cr3C2基涂层在制备军工或航空航天材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高结合强度的cr3c2基涂层，其特征在于，所用原料以质量百分比计包括：5-8wt％ni、5-8wt％co、6.5-9.5wt％cr、8-10wt％v、0-5wt％mo和0-2wt％ta，余量为cr3c2。
2.根据权利要求1所述的高结合强度的cr3c2基涂层，其特征在于，所用原料以质量百分比计包括：6wt％ni、6wt％co、7wt％cr、8.5wt％v、2.5wt％mo和0.5wt％ta，余量为cr3c2。
3.权利要求1或2所述的高结合强度的cr3c2基涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的高结合强度的cr3c2基涂层的制备方法，其特征在于，所述成型剂为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺或聚丙烯酰胺溶液。
5.根据权利要求3所述的高结合强度的cr3c2基涂层的制备方法，其特征在于，所述喷雾造粒的压力为0.8-1.5mpa，进口温度为200-380℃，出口温度为100-200℃，送料速度为30-50rpm，雾化盘转速为12000-18000rpm，造粒气氛所用气体为惰性气体。
6.根据权利要求3所述的高结合强度的cr3c2基涂层的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：万维财，梁孟霞，周琪果，刘薇，李玉和，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：
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