專利名稱：：納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法，特別涉及一種超音速火焰噴涂納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法，屬于表面工程
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著表面工程技術(shù)的發(fā)展，將表面涂層技術(shù)與具有優(yōu)異機(jī)械、物理、化學(xué)等性能的納米材料結(jié)合，使制備高性能的納米結(jié)構(gòu)涂層成為可能。其中，熱噴涂技術(shù)具有工藝簡單、涂層和基體的選擇范圍廣、涂層厚度變化范圍大、沉積效率高以及容易形成復(fù)合涂層等優(yōu)點(diǎn)。利用熱噴涂制備的納米結(jié)構(gòu)涂層具備耐磨損、硬度和結(jié)合強(qiáng)度高、斷裂韌性好等優(yōu)點(diǎn)。美國納米材料公司通過特殊粘結(jié)處理制成專用熱噴涂納米粉，利用等離子噴涂得到納米結(jié)構(gòu)Al203/Ti02涂層，涂層致密度達(dá)98%。結(jié)合強(qiáng)度比商用普通粉末涂層提高2-3倍，抗磨損能力是商用普通粉末涂層的3倍，抗彎強(qiáng)度比商用普通粉末涂層提高2-3倍。美國Connecticut大學(xué)利用超音速火焰噴涂成功制備了納米結(jié)構(gòu)WC-10Co涂層，涂層具有較高的硬度、很好的結(jié)合強(qiáng)度和斷裂韌性，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的WC-Co涂層。Chen等人利用大氣等離子噴涂制備了納米結(jié)構(gòu)Zr02涂層，涂層平均晶粒度大約為73nm，硬度為8.6GPa，為傳統(tǒng)涂層的1.6倍，耐磨性較傳統(tǒng)涂層有很大程度的提高，涂層微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)化是涂層具有高耐磨性的主要因素。但是，目前的熱噴涂納米結(jié)構(gòu)涂層多為耐磨陶瓷涂層，這些涂層成本較高，大大限制了其應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)涂層，拓寬納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，該方法包括在空氣壓力為0.40.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離，17ppm的送粉速度噴涂到基體上。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的鐵基涂層，實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，該鐵基涂層包括碳，重量百分比為0.21.3%;硼，重量百分比為2.05.0%;硅，重量百分比為3.05.0%;鎳，重量百分比為11.017.0%;鉻，重量百分比為16.022.0%;鉬，重量百分比為3.06.0%;鎢，重量百分比為1.04.0%;鐵，重量百分比為39.763.8%。上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，具有較高的性能，且制備成本低，具有廣泛的應(yīng)用范圍。3圖1為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層制備方法實(shí)施例的流程圖；圖2為本發(fā)明鐵基噴涂粉末500倍掃描形貌圖；圖3為本發(fā)明鐵基噴涂粉末10000倍掃描形貌圖；圖4為本發(fā)明鐵基涂層截面100000倍場發(fā)射掃描形貌圖。具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層制備方法實(shí)施例的流程圖，該方法包括步驟101、設(shè)置噴涂工藝參數(shù)，將空氣壓力設(shè)為0.40.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力設(shè)為0.40.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力設(shè)為0.20.4MPa;步驟102、在空氣壓力為0.40.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離，17卯m的送粉速度噴涂到基體上。其中，優(yōu)選的空氣壓力為0.550.6MPa，優(yōu)選的一級(jí)燃燒室壓力為0.440.55MPa，優(yōu)選的二級(jí)燃燒室壓力為0.240.33MPa，優(yōu)選的噴涂距離為100200mm，優(yōu)選的送粉速度為26ppm。另外，上述噴涂粉末的制備方法包括將重量百分比分別為0.21.3%的碳，2.05.0%的硼B(yǎng)，3.05.0%的硅，11.017.0%的鎳，16.022.0%的鉻，3.06.0%的鉬，1.04.0%的鎢，39.763.8%的Fe，在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化，經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎，冷凝成噴涂粉末。采用上述方法制備的噴涂粉末的粒度為550ym。其中，碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%，硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%，硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%，鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%，鉻的優(yōu)選重量百分比18.020.0%，鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%，鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%，鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。鐵基涂層制備方法實(shí)施例一將重量百分比分別為0.5%的碳(C)，3.0%的硼(B)，3.5%的硅(Si)，13%的鎳(Ni)，20X的鉻(Cr)，4.0X的鉬(Mo)，2.0的鴇(W)，5贈(zèng)勺鐵(Fe)的鐵基合金噴涂粉末(粒度為550iim)，利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層，噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.55MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.44MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.24MPa，噴涂距離為100mm，送粉速度為6卯m。以該實(shí)施例一為例，進(jìn)行噴涂粉末及涂層的微觀結(jié)構(gòu)分析。圖2為本發(fā)明鐵基噴涂粉末500倍掃描形貌圖，可以看出該粉末近似呈球形，具有良好的流動(dòng)性；從圖3中可以看出噴涂粉末的粒子尺寸為0.20.5iim，為亞微米結(jié)構(gòu)；從圖4中可以看出涂層大部分粒子非常細(xì)小，為2050nm，由此可見，本發(fā)明鐵基涂層的制備方法可以利用亞微米結(jié)構(gòu)的噴涂粉末制備出納米結(jié)構(gòu)的Fe基涂層。鐵基涂層制備方法實(shí)施例二將重量百分比分別為0.7%的C，3.2%的B，3.7%的Si，14.0%的Ni，19.0%的Cr，5.0%的Mo，3.0%的W，51.4%的Fe的鐵基合金噴涂粉末(粒度為550ym)，利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層，噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.60MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.49MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.28MPa，噴涂距離為150mm，送粉速度為4ppm。鐵基涂層制備方法實(shí)施例三將重量百分比分別為1.0%的C，3.5%的B，4.0%的Si，13%的Ni，20%的Cr，5.0%的Mo，3.0%的W，50.5%的Fe的鐵基合金噴涂粉末(粉末的粒度為550ym)，利用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)噴涂到0Crl3Ni5Mo不銹鋼上制備涂層，噴涂工藝參數(shù)為空氣壓力為0.60MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.55MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.33MPa，噴涂距離為200mm，送粉速度為2卯m。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層包括碳，重量百分比為0.21.3%;硼，重量百分比為2.05.0%;硅，重量百分比為3.05.0%;鎳，重量百分比為11.017.0%;鉻，重量百分比為16.022.0%;鉬，重量百分比為3.06.0%;鎢，重量百分比為1.04.0%;鐵，重量百分比為39.763.8%。其中，碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%;硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%;硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%;鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%;鉻的優(yōu)選重量百分比為18.020.0%;鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%;鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%;鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。下面分別對采用上述實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的硬度、耐磨性和耐蝕性進(jìn)行測試。1、對涂層硬度進(jìn)行測試涂層經(jīng)拋光后，采用HXD-1000TM顯微硬度計(jì)測量涂層表面顯微硬度，采用上述實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的平均硬度分別為1148kg/cm2，1235kg/cm2和1286kg/cm、上述數(shù)據(jù)表明采用本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例三制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層具有較高的顯微硬度。2、對涂層耐磨性進(jìn)行測試采用立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)MMW-1進(jìn)行室溫?zé)o潤滑滑動(dòng)磨損試驗(yàn)，摩擦副為①13mm的硬質(zhì)合金球，所加載荷為50N，轉(zhuǎn)速為200r/min，試驗(yàn)時(shí)間為60min。磨損量用失重表示，對比試樣為0Crl3Ni5Mo不銹鋼，采用實(shí)施例一至實(shí)施例三的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的磨損失重分別為12.4mg、13.6mg、11.8mg，詳見表1，由此可見采用本發(fā)明實(shí)施例一至實(shí)施例三的鐵基涂層制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)涂層耐磨性較高。表l涂層及不銹鋼的磨損失重樣品載荷(N)磨損失重(mg)0Crl3Ni5Mo不銹鋼5032.6實(shí)例1Fe基涂層5012.45<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3、對涂層的耐蝕性進(jìn)行測試采用CHI660B電化學(xué)工作站測定涂層，在3.5%的氯化鈉(NaCl)溶液中電化學(xué)腐蝕性能。利用Tafel外推法確定涂層的腐蝕電流i。。，并計(jì)算腐蝕速度V。。，掃描速度為lmV/s。實(shí)驗(yàn)采用的參比電極為飽和甘滎電極，輔助電極為鉑電極，對比試樣為0Crl3Ni5Mo不銹鋼，采用實(shí)施例一至實(shí)施例三的鐵基涂層制備方法制備的鐵基涂層的試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2，從表2中可以看出本發(fā)明制備的納米結(jié)構(gòu)涂層耐蝕性較不銹鋼有一定程度的提高。表2涂層及不銹鋼的腐蝕電化學(xué)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，具有較高的性能，且制備成本低，具有廣泛的應(yīng)用范圍。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。權(quán)利要求一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于包括在空氣壓力為0.4～0.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.4～0.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.2～0.4MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50～250mm的噴涂距離，1～7ppm的送粉速度噴涂到基體上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于所述在空氣壓力為0.40.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.40.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.20.4MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50250mm的噴涂距離，17卯m的送粉速度噴涂到基體上包括在空氣壓力為0.550.6MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.440.55MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.240.33MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以100200mm的噴涂距離，26ppm的送粉速度噴涂到基體上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于所述噴涂粉末的制備方法包括將重量百分比分別為0.21.3%的碳，2.05.0%的硼B(yǎng)，3.05.0%的硅，11.017.0%的鎳，16.022.0%的鉻，3.06.0%的鉬，1.04.0%的鴇，39.763.8%的鐵，在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化，經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎，冷凝成噴涂粉末。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于所述噴涂粉末的粒度為550iim。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于所述將重量百分比分別為0.21.3%的碳，2.05.0%的硼B(yǎng)，3.05.0%的硅，11.017.0%的鎳，16.022.0%的鉻，3.06.0%的鉬，1.04.0%的鴇，39.763.8%的鐵，在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化，經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎，冷凝成噴涂粉末包括將重量百分比分別為0.51.0%的碳，3.03.5%的硼，3.54.0%的硅，13.015.0%的鎳，18.020.0%的鉻，4.05.0%的鉬，2.03.0%的鴇，49.562%的鐵，在真空或惰性氣體保護(hù)下熔化，經(jīng)高壓氣流沖擊粉碎，冷凝成噴涂粉末。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法，其特征在于所述噴涂粉末的粒度為550iim。7.—種應(yīng)用權(quán)利要求l-6任一所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，其特征在于包括碳，重量百分比為O.21.3%;硼，重量百分比為2.05.0%;硅，重量百分比為3.05.0%;鎳，重量百分比為11.017.0%;鉻，重量百分比為16.022.0%;鉬，重量百分比為3.06.0%;鎢，重量百分比為1.04.0%;鐵，重量百分比為39.763.8%。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，其特征在于所述碳的優(yōu)選重量百分比為0.51.0%;硼的優(yōu)選重量百分比為3.03.5%;硅的優(yōu)選重量百分比為3.54.0%;鎳的優(yōu)選重量百分比為13.015.0%;鉻的優(yōu)選重量百分比為18.020.0%;鉬的優(yōu)選重量百分比為4.05.0%;鎢的優(yōu)選重量百分比為2.03.0%;鐵的優(yōu)選重量百分比為49.562%。全文摘要本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層及其制備方法，其中，納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法包括在空氣壓力為0.4～0.8MPa，一級(jí)燃燒室壓力為0.4～0.6MPa，二級(jí)燃燒室壓力為0.2～0.4MPa的條件下，采用活性燃燒高速燃?xì)鈬娡考夹g(shù)將噴涂粉末以50～250mm的噴涂距離，1～7ppm的送粉速度噴涂到基體上。采用上述納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層的制備方法制備的鐵基涂層，實(shí)現(xiàn)了在較低成本的基礎(chǔ)上獲得較高性能的納米結(jié)構(gòu)鐵基涂層，拓寬了納米結(jié)構(gòu)涂層的應(yīng)用空間。文檔編號(hào)C23C4/12GK101736281SQ20081022715公開日2010年6月16日申請日期2008年11月24日優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日發(fā)明者徐德錄,李現(xiàn)兵,聶京凱,陳新,陳玉成,韓鈺,馬光申請人:中國電力科學(xué)研究院