一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法与流程

本发明属于金属表面腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法。

背景技术：

由于磨损和腐蚀引起钢铁构件的失效，造成了巨大的经济损失和安全隐患，一直是世界各国关心的问题，各种各样的防护手段日益受到人们的关注。在高温环境下，一些机械设备的关键部位非常容易因高温腐蚀而失效，从而造成巨大的经济损失和安全隐患。而热喷涂技术能够在钢铁构件表面制备高性能涂层，可以有效地改善其表面性能，起到耐磨耐腐蚀的作用，广泛应用于一些重要机械部件的热防护或者表面保护。表面处理技术是提高材料表面耐磨性和耐蚀性的有效方法之一，而电弧喷涂技术是重要的表面技术之一，近几年随着高速电弧喷涂技术的发展，进一步改善了涂层的组织和性能，使电弧喷涂技术得到更广泛的应用。

目前电弧喷涂技术在钢结构的保护上运用比较成功，大大延长了钢构件的使用寿命，减少了资源浪费。例如一篇中国专利，申请号：201810741571.9，名称为：一种含陶瓷颗粒铝基复合粉芯丝材及涂层的制备方法，可应用于河流、海洋等环境中海洋设施设备表面的耐磨、耐蚀和防滑等防护。一篇中国专利，申请号为：201810856873.0，名称为：一种钢结构用znalmgsib防腐涂层及其制备方法，适用于制备大型钢结构的防腐涂层。一篇中国专利，申请号为：201810549939.1，名称为：一种金属/聚合物复合粉芯丝材、金属/聚合物复合涂层及其制备方法，可应用于海洋环境中一些工业零部件表面的防腐保护。但是在一些严苛条件下如高温环境下耐腐蚀和耐磨涂层的研究和应用依然是一个难题。因此，为解决在生产过程中一些钢制构件处于高温条件下、长期受高速含粉气流的强力冲刷，以及粉尘中的酸碱氧化物的腐蚀磨损问题，提高钢制构件的寿命，减少资源浪费，需要在保护构件表面喷涂结合强度高，耐腐蚀耐磨等综合性能良好的涂层。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，本发明采用超音速电弧喷涂方式将所制粉芯丝材喷射到钢基体上，能形成连续且致密的电弧喷涂涂层，有很好的耐高温、耐冲刷、耐磨和耐蚀性能，本发明采用的技术方案如下：

一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述丝材的粉芯成分质量百分比如下：cr2c3粉末：10％-30％，wc粉末：1％-8％，v粉末：1％-8％，mo粉末：4％-15％，nb粉末：1％-6％，ni粉末：1％-18％，cr粉末：5％-20％，al粉末：2％-12％，余量为fe粉。

优选的，所述粉芯由以下质量百分比如下：cr2c3粉末：12％-28％，wc粉末：1％-6％，v粉末：1％-6％，mo粉末：6％-12％，nb粉末：1％-5％，ni粉末：1％-16％，cr粉末：6％-18％，al粉末：5％-12％，余量为fe粉。

优选的，所述粉芯丝材的直径为1.8-2.5mm。

优选的，所述粉芯丝材包覆层不锈钢带为304不锈钢带或316不锈钢带等。

优选的，所述粉芯丝材中粉芯的填充率为25-35％。

同时提供一种采用耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材进行喷涂的喷涂方法，步骤如下：

步骤一：按上述配比配置粉芯，通过混粉、成型、拉拔，得到粉芯丝材；

步骤二：净化与喷砂粗化处理，采用有机溶剂去除被涂装基材表面污渍和油渍，然后对基材表面进行喷砂粗化处理，去除基材表面的锈蚀物，并且使基材表面形成均匀凹凸不平的粗糙表面；

步骤三：采用电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在预处理过的基材上制备涂层，喷涂工艺参数：雾化空气压力0.5-0.75mpa，喷涂电流200-250a，喷涂电压30-35v，喷涂距离180-250mm；喷涂前对样品进行预热，预热温度为100-250℃，采用间歇式喷涂方法，喷枪移动速度20-90mm/s，重复2-5次。

进一步的，所述丝材制得的涂层厚度为0.3-1mm。

本发明是提供一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，通过超音速电弧喷涂技术所制得的涂层，平均结合强度＞33mpa，涂层的平均显微硬度＞320hv，优于基体钢的152.92hv。有着良好的耐高温氧化腐蚀性能，氧化动力学曲线呈抛物线规律，表明该涂层在高温氧化过程中能够快速有效的形成保护性氧化膜，能够减缓氧化的进一步进行，起到良好的保护作用。

附图说明

图1是本发明实施例1涂层表面sem形貌图；

图2是本发明实施例1涂层xrd图样；

图3是本发明实施例1涂层与基体高温氧化实验曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，但本发明并不局限于下述实施例中。

实施例1：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用304不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：20％，wc粉末：3％，v粉末：3％，mo粉末：8％，nb粉末：2.4％，ni粉末：14％，cr粉末：9％，al粉末：8％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35v；电流210-230a；喷涂距离200mm；雾化空气压力0.65mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为100℃，喷枪移动速度30mm/s，间歇式喷涂2次。

实施例2：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用304不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：22％，wc粉末：5％，v粉末：4％，mo粉末：7％，nb粉末：4％，ni粉末：15％，cr粉末：11％，al粉末：10％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压30v；电流230-250a；喷涂距离200mm；雾化空气压力0.7mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为100℃，喷枪移动速度35mm/s，间歇式喷涂2次。

实施例3：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用316不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：23％，wc粉末：6％，v粉末：5.5％，mo粉末：6％，nb粉末：4.6％，ni粉末：16％，cr粉末：12％，al粉末：12％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35v；电流220-240a；喷涂距离210mm；雾化空气压力0.65mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为150℃，喷枪移动速度50mm/s，间歇式喷涂3次。

实施例4：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂用fe基粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用304不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：25％，wc粉末：3％，v粉末：4％，mo粉末：10.2％，nb粉末：3.6％，ni粉末：2％，cr粉末：15％，al粉末：9％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35v；电流230-250a；喷涂距离200mm；雾化空气压力0.65mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为200℃，喷枪移动速度55mm/s，间歇式喷涂3次。

实施例5：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂用fe基粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用316不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：23％，wc粉末：2％，v粉末：3％，mo粉末：9％，nb粉末：4％，ni粉末：4％，cr粉末：16％，al粉末：10％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压30v；电流210-230a；喷涂距离200mm；雾化空气压力0.7mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为200℃，喷枪移动速度60mm/s，间歇式喷涂3次。

实施例6：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐腐蚀电弧喷涂用fe基粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用316不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：cr2c3粉末：22％，wc粉末：4％，v粉末：5％，mo粉末：8％，nb粉末：4.3％，ni粉末：6％，cr粉末：16.4％，al粉末：11.2％，余量为fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35v；电流220-240a；喷涂距离210mm；雾化空气压力0.65mpa。喷涂前对样品进行预热，预热温度为250℃，喷枪移动速度70mm/s，间歇式喷涂4次。

(1)、性能测试：性能测试包括硬度、结合强度、磨损失重率和自腐蚀电流密度测试，将实施例1至实施例6所制备得到的丝材在hwdm-3硬度测试机上进行维氏硬度测量，载荷为9806mn，加载时间为15s；其中，涂层与基体间的结合强度测定依据astmc633拉伸试验标准，在深圳三思纵横科技股份有限公司生产的utm5105电子万能试验机上进行结合强度测量；在gamry750电化学工作站进行极化曲线测定，用echemanalyst软件对极化曲线测试结果进行数值拟合，得出自腐蚀电流密度；采用销盘式磨粒磨损试验方法，在ml-100型磨粒磨损试验机，进行磨损失重测试，试样进给量4mm/r，转盘转速120r/min，磨粒采用600目sic砂纸，性能测试数据如表1所示。

表1性能数据

(2)、将本发明实施例1中粉芯丝材所制得的涂层进行扫描电镜分析，图1为本发明的电弧喷涂涂层表面sem形貌图，从图1中可看出，硬质陶瓷相因在高温下不发生熔化，呈圆形颗粒状分布；金属粉芯材料与不锈钢熔化后在高速气流喷射下呈水泊状分布。从图1中还可以看出陶瓷相能很好地与金属相熔合。对实施例1所制备的涂层进行x射线衍射实验，采用rigakud/max2500v型x射线衍射仪，管电压为40kv，管电流为150ma，扫描角度为20-80°，扫描速度为6°/min。对实施例1所制备的涂层进行高温氧化实验，选取涂层为试样，45钢作为对比试样，规格：20×10×0.8mm；将试样在700℃马弗炉中进行高温氧化实验，每10小时后取出后于空气中冷却并进行称重，总循环实验时间为100h，用单位面积上涂层的氧化增重与时间的关系来绘制试样的高温氧化动力曲线，如图2所示。从涂层和基体的氧化动力曲线可以看出，在高温氧化前10个小时，涂层单位面积的氧化增重比较明显，随后增重曲线趋于平缓，基本不再增加，呈抛物线规律，显示出良好的抗高温氧化性能。如图3所示为实施例1涂层氧化后表面的xrd图谱，氧化后涂层表面主要由fe3o4、al2o3、nicr2o4、cr2o3、fe2o3等氧化物组成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。