一种耐锌液腐蚀硼化物及制备金属陶瓷梯度涂层的方法

文档序号:9541481阅读:559来源:国知局
一种耐锌液腐蚀硼化物及制备金属陶瓷梯度涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料制备方法技术领域,涉及一种耐锌液腐蚀硼化物。
[0002]本发明还涉及利用上述耐锌液腐蚀硼化物制备硼化物基金属陶瓷梯度涂层的方法。
【背景技术】
[0003]目前热镀锌已经成为钢铁防腐蚀方面应用最基本、最广泛的方法之一,被广泛应用于生产钢板、钢带、钢丝和五金零件等,但是在目前热镀锌生产线中存在较多应解决的问题,如锌液对锌锅中各部件(如轴承、沉没辊、导向辊、支承辊)都具有强烈的腐蚀和磨损性问题,测温热电偶套管和陶瓷加热管由于脆性大而在冷热冲击下容易造成开裂的问题,这些均会降低了零部件的使用寿命,给热镀锌行业带来巨大的经济损失。
[0004]目前研究耐熔融锌腐蚀的措施主要有喷刷涂料法、激光熔覆、热喷涂陶瓷、热浸镀锌、化学渗硼和渗铬、电子束物理气相沉积、化学物相沉积等方法,但是这些措施存在诸多问题。
[0005]喷刷涂料法、热喷涂氧化锆和氧化铝陶瓷均存在涂层不致密和涂层与基体结合强度较低的问题,在热循环中容易开裂、脱落。激光熔覆的能量密度高,界面的稀释率较大,温度梯度大,冷却速度快,熔覆层中易产生裂纹。
[0006]热浸镀锌中助镀剂的选择及工艺需进一步的完善,只能生产一些简单工件。
[0007]化学渗硼法在铁基表面产生的硼铁化合物(FeB和Fe2B)虽能延缓熔融锌对基体的腐蚀,但硼铁化合物较脆容易形成裂纹,锌液将沿裂缝与基体接触,导致材料发生腐蚀破坏。
[0008]化学渗铬法在钢铁表面形成的均匀渗铬层(Cr23C7和Cr7C3)不与锌液反应,但须严格控制锌液中溶解的氧含量,否则铬的碳化物与氧反应后将使渗铬层失去耐锌液腐蚀的能力,成本也较高。
[0009]电子束物理气相沉积设备昂贵,制备的金属陶瓷涂层在热循环中会产生裂纹。
[0010]化学物相沉积易引起基体组织变化,在涂层与基体界面形成脆性层,降低工件强度,影响工件形状尺寸,同时能源消耗大。
[0011]传统金属陶瓷WC-Co(Cr)涂层材料中WC高温稳定性差、耐氧化温度低于450°C,同时WC-Co(Cr)涂层虽具有一定的抗腐蚀能力,但其使用寿命相对较短,并且在残余应力及热应力作用下,传统WC-Co(Cr)涂层易产生裂纹,从而降低涂层耐锌液腐蚀能力。MoB、Cr+ff+Mo和Mo2FeB2材料由于存在涂层与基体间的结合力较差,材料间的膨胀系数差异等问题使得涂层材料不能抵抗热应力作用,从而导致涂层失效。MoB-CoCr材料虽具有良好的耐锌液腐蚀性能,但该材料价格昂贵,实际应用较少。
[0012]超音速火焰喷涂是喷涂硼化物金属陶瓷材料良好可行的制备方法。硼化物陶瓷因具有高导热系数、高熔点、高硬度和高的耐磨损抗腐蚀性能而成为理想的涂层材料,由硼化物陶瓷与具有良好塑性和韧性的金属或合金粘结剂构成的金属陶瓷材料既具有陶瓷材料的高硬度、良好的耐磨耐蚀性能,又具有一定的韧性;但是由于硼化物烧结性能较差,脆性很大,从而导致制造比较困难,大大限制了硼化物的使用;同时又由于硼化物陶瓷的热膨胀系数与基体之间相差较大,在残余应力和热应力作用下,硼化物覆层与基体之间容易引起裂纹,从而导致防护涂层失效。

【发明内容】

[0013]本发明的目的是提供一种耐锌液腐蚀硼化物。
[0014]本发明的又一目的是提供一种利用上述硼化物制备硼化物基金属陶瓷梯度涂层的方法。
[0015]为实现上述目的,本发明提供的耐锌液腐蚀硼化物,由A组粉末与粘结剂进行团聚或B组粉末与粘结剂进行团聚,其中:
A组粉末为Mo、Cr、B、Co粉末,Mo与B的原子比为0.9-1.1,Co与Cr的原子比为1:1,MoB与与CoCr质量比为3:1-1:1 ;
B组粉末为T1、B、Co、Cr粉末,其中Ti与B的原子比为0.45-0.6,Co与Cr的原子比为1:1,TiB2与与 CoCr 质量比为 3:1-1:1 ;
粘结剂含量占总粉末质量的25-50wt.%。
[0016]所述的耐锌液腐蚀硼化物,其中,粘结剂为聚乙烯醇粘结剂。
[0017]本发明提供的利用上述硼化物制备硼化物基金属陶瓷梯度涂层的方法,步骤如下:
1)按比例配制A组粉末或B组粉末,其中:
A组粉末为Mo、Cr、B、Co粉末,Mo与B的原子比为0.9-1.1,Co与Cr的原子比为1:1,MoB与与CoCr质量比为3:1-1:1,
B组粉末为T1、B、Co、Cr粉末,其中Ti与B的原子比为0.45-0.6,Co与Cr的原子比为1:1,TiB2与与CoCr质量比为3:1-1:1 ;
2)将上述粉末在惰性气体或真空环境下混合均匀;
3)将混合均匀后的粉末用粘结剂进行团聚,干燥后破碎筛分获得复合粉末,粘结剂含量占总粉末质量的25-50wt.% ;
4)对基体表面进行喷砂预处理;
5)采用超音速火焰喷涂技术在基体表面制备stellite6合金粘结过渡层;
6)采用超音速火焰喷涂技术在步骤5所制备的粘结过渡层表面沉积步骤3所述的复合粉末,获得原位生成MoB/CoCr或TiB2/CoCr金属陶瓷涂层。
[0018]所述的方法,其中,步骤2中的惰性气体为氩气。
[0019]所述的方法,其中,步骤2中混合是采用湿式机械球磨机进行混合,湿式机械球磨的参数为:无水乙醇为球磨介质,球磨转速260-300rpm,球料比10:1。
[0020]所述的方法,其中,步骤3中的粘结剂为聚乙烯醇粘结剂。
[0021]所述的方法,其中,步骤3的复合粉末粒径在15 μπι-53 μπι之间。
[0022]所述的方法,其中,步骤4和步骤5中的基板为316L不锈钢。
[0023]所述的方法,其中,步骤5和步骤6中的超音速火焰喷涂参数为:氮气压力为0.6MPa,氮气流量为45 L/min ;氧气压力为0.55MPa,氧气流量为322_402L/min ;丙烷压力为0.4MPa,丙烷流量为30-48 L/min。
[0024]本发明与现有技术相比具有以下特点:
本发明提出原位生成硼化物基金属陶瓷梯度涂层的方法,可以通过调节粘结剂粉体之间的含量以达到在金属陶瓷涂层中形成硼化物陶瓷含量变化的梯度过渡,进一步提高涂层的抗热震性能。该方法工艺简单,可控性好,尤其适于在镀锌零部件表面制备抗热震性及耐锌液腐蚀性良好的涂层。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供一种耐锌液腐蚀硼化物,以及利用上述硼化物原位生成硼化物基金属陶瓷梯度涂层的方法。本发明的涂层孔隙率低、涂层间及涂层与基体间结合良好,同时制备的硼化物基金属陶瓷梯度涂层具有良好的抗热震与耐锌液腐蚀性能。
[0026]本发明的总体思路为:首先采用机械团聚法制备适于各种粉末混合均匀的复合粉末,采用超音速火焰喷涂方法在基体表面沉积形成金属粘结过渡层,然后通过控制喷涂工艺参数在过渡层表面原位制备硼化物基金属陶瓷表面涂层,最终获得结合强度高、抗热震和耐锌液腐蚀性能良好的硼化物基金属陶瓷梯度涂层。
[0027]本发明为了实现上述目的而采取的技术方案为:
1)将Mo、Cr、B、Co或T1、B、Co、Cr粉末按照一定比例进行配比,其中Mo与B的
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