專利名稱：一種超音速火焰噴涂制備耐磨TiB₂-Co涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涂層制備技術(shù)，尤其涉及一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，是通過機(jī)械合金化制備TB2-C0噴涂復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備耐磨 TiB2-Co涂層的方法。
背景技術(shù)：
部件表面磨損是其失效的主要形式，在失效的機(jī)械部件中，磨料磨損造成的失效占約40%，通過零件表面改性與強(qiáng)韌化可提高材料的耐磨損性能，是提高產(chǎn)品質(zhì)量與壽命的重要方法。由硬質(zhì)陶瓷相與具有良好塑性和韌性的金屬或合金粘結(jié)相構(gòu)成的金屬陶瓷復(fù)合材料即具有陶瓷材料的高硬度與耐磨損性能，又具有一定的韌性，是一種常用的表面強(qiáng)化耐磨涂層材料。目前研究比較多的是WC-C0、Cr3C2-NiCr硬質(zhì)合金，而對TW2與粘結(jié)相構(gòu)成的金屬陶瓷復(fù)合材料研究較少。TW2是一種新型陶瓷材料，具有比氧化物陶瓷、碳化物陶瓷更優(yōu)異的物理化學(xué)性能，包括高熔點(diǎn)(3253°C)、高硬度(HV=34GPa)、低密度(4. 52g/cm3)、極好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性等諸多優(yōu)異性能，是繼WC、Cr3C2之后的高溫耐磨抗氧化材料，廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)工具材料、磨料、合金添加劑及耐磨部件等領(lǐng)域，已成為熱噴涂表面改性研究的熱點(diǎn)材料。近年來，許多研究者常采用真空等離子噴涂或低壓等離子噴涂制備TiB2陶瓷涂層，但是這兩種噴涂方式成本高，且受真空室尺寸限制，不能噴涂大試樣。采用大氣等離子噴涂制備TB2陶瓷涂層是較經(jīng)濟(jì)的方式，然而TB2高溫等離子束流撞擊基體的動(dòng)能低，導(dǎo)致與基體的結(jié)合差，沉積效率低，涂層的孔隙率高。這些不利因素將影響涂層質(zhì)量和涂層應(yīng)用。同時(shí)由于高純的TB2涂層制備較為困難，這也嚴(yán)格限制了該材料的應(yīng)用和推廣。超音速火焰噴涂是一種高速火焰噴涂技術(shù)，以其火焰速度高，溫度低的特點(diǎn)，特別有利于噴涂金屬陶瓷涂層。高的粒子速度有利于獲得高的涂層致密性和良好的結(jié)合強(qiáng)度， 而低的火焰溫度可有效抑制或減少硬質(zhì)相在噴涂過程中的分解，使制備的涂層保持了金屬陶瓷原有良好耐磨性的組織結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的在于以上缺陷而提供一種超音速火焰噴涂制備耐磨TW2-Co涂層的方法，是采用機(jī)械合金化制備噴涂復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備耐磨TB2-Co涂層，僅可以可獲得耐磨性良好的TW2-Co涂層，而且TW2-Co涂層具有良好的力學(xué)性能，涂層為層狀結(jié)構(gòu)，具有孔隙率低，結(jié)構(gòu)致密的特點(diǎn)。本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案包括，采用超音速火焰噴涂制備耐磨涂層，通過機(jī)械合金化法獲得TW2-Co復(fù)合粉末，準(zhǔn)備預(yù)處理后的待噴涂件，最后進(jìn)行超音速火焰噴涂。其具體步驟如下
首先，以粒度均為15-45 μ m的TB2粉和Co基合金粉為原料，TiB2粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占不銹鋼球磨罐內(nèi)腔體積的30%-50%，然后在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末。其次，帶噴涂件被噴砂后的表面應(yīng)均勻粗糙，在帶噴涂件上噴涂厚度為150-200μπι的涂層，超音速火焰噴涂工藝參數(shù)具體為氧氣壓力為1.02MPa，丙烷壓力0. 4^0. 6MPa，氮?dú)鈮毫?. 65MPa，氧氣流量10 12. 5，丙烷流量1100 1200，氮?dú)饬髁?000 1100，噴涂區(qū)垂直速度50mm/s，噴涂區(qū)水平速度170mm/s，噴涂距離185mm。二硼化鈦粉末由濰坊邦德特種材料有限公司提供，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下=Ti彡67. 5%,B彡30. 5%，0<0. 8%，C<0. 5% ；鈷基粉末由上海司太立有限公司，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下Co 余量，Cr ^ 29, W ^ 4，Ni ^ 3, Fe ^ 3，Si彡1. 1，Mo彡1。所述的待噴涂件為45鋼。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察機(jī)械合金化制備的TiB2-Co復(fù)合粉末。TiB2 粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察超音速火焰噴涂TB2-C0涂層的顯微結(jié)構(gòu)。 在超音速火焰噴涂過程中，高的粒子速度使TB2-Co復(fù)合粉末與45鋼基體碰撞后，能形成孔隙率小、致密的涂層，涂層之間呈相互交錯(cuò)堆疊，涂層呈層狀結(jié)構(gòu)。采用國產(chǎn)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層的結(jié)合強(qiáng)度測試，結(jié)合強(qiáng)度測試參照 GBT8642-88《金屬熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果測得結(jié)合強(qiáng)度范圍為 72-76MPa0涂層的硬度是涂層非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)，關(guān)系到涂層的耐磨性、強(qiáng)度及涂層使用壽命等多種功能。維氏硬度采用HVS-1000型顯微硬度計(jì)測定，在整個(gè)涂層面上平均采取10點(diǎn)取其算術(shù)平均值，加載0.98N，加載時(shí)間為20s。試驗(yàn)測得涂層平均顯微硬度為 753MPa0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，應(yīng)用超音速火焰噴涂TW2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末，可獲得耐磨性良好的TB2-Co涂層。TB2-Co涂層具有良好的力學(xué)性能，涂層為層狀結(jié)構(gòu)，孔隙率低，結(jié)構(gòu)致密。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
本實(shí)施例采用超音速火焰噴涂制備耐磨涂層，通過機(jī)械合金化法獲得TB2-Co復(fù)合粉末，準(zhǔn)備預(yù)處理后的待噴涂件，最后進(jìn)行超音速火焰噴涂。首先，以粒度均為15-45 μ m的TB2粉和Co基合金粉為原料，TiB2粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占不銹鋼球磨罐內(nèi)腔體積的30%-50%， 然后在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末。其次，帶噴涂件被噴砂后的表面應(yīng)均勻粗糙，在帶噴涂件上噴涂厚度為150-200 μ m 的涂層，超音速火焰噴涂工藝參數(shù)具體為氧氣壓力為1.02MPa，丙烷壓力0. 4MPa，氮?dú)鈮毫?. 65MPa，氧氣流量llm7h，丙烷流量1100L/min，氮?dú)饬髁?000L/min，噴涂區(qū)垂直速度 50mm/s，噴涂區(qū)水平速度170mm/s，噴涂距離185mm。二硼化鈦粉末由濰坊邦德特種材料有限公司提供，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下=Ti彡67. 5%,B彡30. 5%，0<0. 8%，C<0. 5% ；鈷基粉末由上海司太立有限公司，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下Co 余量，Cr ^ 29, W ^ 4，Ni ^ 3, Fe ^ 3，Si彡1. 1，Mo彡1。所述的待噴涂件為45鋼。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察機(jī)械合金化制備的TiB2-Co復(fù)合粉末。TiB2 粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察超音速火焰噴涂TB2-Co涂層的顯微結(jié)構(gòu)。 在超音速火焰噴涂過程中，高的粒子速度使TB2-Co復(fù)合粉末與45鋼基體碰撞后，能形成孔隙率小、致密的涂層，涂層之間呈相互交錯(cuò)堆疊，涂層呈層狀結(jié)構(gòu)。采用國產(chǎn)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層的結(jié)合強(qiáng)度測試，結(jié)合強(qiáng)度測試參照 GBT8642-88《金屬熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果測得結(jié)合強(qiáng)度范圍為 72-76MPa0涂層的硬度是涂層非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)，關(guān)系到涂層的耐磨性、強(qiáng)度及涂層使用壽命等多種功能。維氏硬度采用HVS-1000型顯微硬度計(jì)測定，在整個(gè)涂層面上平均采取10點(diǎn)取其算術(shù)平均值，加載0.98N，加載時(shí)間為20s。試驗(yàn)測得涂層平均顯微硬度為 522. 6 753. IMPa0實(shí)施例2
本實(shí)施例采用超音速火焰噴涂制備耐磨涂層，通過機(jī)械合金化法獲得TB2-Co復(fù)合粉末，準(zhǔn)備預(yù)處理后的待噴涂件，最后進(jìn)行超音速火焰噴涂。首先，以粒度均為15-45 μ m的TW2粉和Co基合金粉為原料，TiB2粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占不銹鋼球磨罐內(nèi)腔體積的30%-50%， 然后在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末。其次，帶噴涂件被噴砂后的表面應(yīng)均勻粗糙，在帶噴涂件上噴涂厚度為150-200 μ m 的涂層，超音速火焰噴涂工藝參數(shù)具體為氧氣壓力為1.02MPa，丙烷壓力0. 6MPa，氮?dú)鈮毫?. 65MPa，氧氣流量10m7h，丙烷流量1200 L/min，氮?dú)饬髁?100 L/min，噴涂區(qū)垂直速度50mm/s，噴涂區(qū)水平速度170mm/s，噴涂距離185mm。二硼化鈦粉末由濰坊邦德特種材料有限公司提供，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下=Ti彡67. 5%,B彡30. 5%，0<0. 8%，C<0. 5% ；鈷基粉末由上海司太立有限公司，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下Co 余量，Cr ^ 29, W ^ 4，Ni ^ 3, Fe ^ 3，Si彡1. 1，Mo彡1。所述的待噴涂件為45鋼。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察機(jī)械合金化制備的TiB2-Co復(fù)合粉末。TiB2 粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末。
采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察超音速火焰噴涂TB2-Co涂層的顯微結(jié)構(gòu)。 在超音速火焰噴涂過程中，高的粒子速度使TB2-Co復(fù)合粉末與45鋼基體碰撞后，能形成孔隙率小、致密的涂層，涂層之間呈相互交錯(cuò)堆疊，涂層呈層狀結(jié)構(gòu)。采用國產(chǎn)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層的結(jié)合強(qiáng)度測試，結(jié)合強(qiáng)度測試參照 GBT8642-88《金屬熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果測得結(jié)合強(qiáng)度范圍為 72-76MPa0涂層的硬度是涂層非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)，關(guān)系到涂層的耐磨性、強(qiáng)度及涂層使用壽命等多種功能。維氏硬度采用HVS-1000型顯微硬度計(jì)測定，在整個(gè)涂層面上平均采取10點(diǎn)取其算術(shù)平均值，加載0.98N，加載時(shí)間為20s。試驗(yàn)測得涂層平均顯微硬度為 522. 6 753. IMPa0實(shí)施例3
本實(shí)施例采用超音速火焰噴涂制備耐磨涂層通過機(jī)械合金化法獲，得TB2-Co復(fù)合粉末，準(zhǔn)備預(yù)處理后的待噴涂件，最后進(jìn)行超音速火焰噴涂。首先，以粒度均為15-45 μ m的TW2粉和Co基合金粉為原料，TiB2粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占不銹鋼球磨罐內(nèi)腔體積的30%-50%， 然后在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末。其次，帶噴涂件被噴砂后的表面應(yīng)均勻粗糙，在帶噴涂件上噴涂厚度為150-200 μ m 的涂層，超音速火焰噴涂工藝參數(shù)具體為氧氣壓力為1.02MPa，丙烷壓力0. 6MPa，氮?dú)鈮毫?. 65MPa，氧氣流量12. 5m7h，丙烷流量1100 L/min，氮?dú)饬髁?000 L/min，噴涂區(qū)垂直速度50mm/s，噴涂區(qū)水平速度170mm/s，噴涂距離185mm。二硼化鈦粉末由濰坊邦德特種材料有限公司提供，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下=Ti彡67. 5%,B彡30. 5%，0<0. 8%，C<0. 5% ；鈷基粉末由上海司太立有限公司，具體化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量如下Co 余量，Cr ^ 29, W ^ 4，Ni ^ 3, Fe ^ 3，Si彡1. 1，Mo彡1。所述的待噴涂件為45鋼。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察機(jī)械合金化制備的TiB2-Co復(fù)合粉末。TiB2 粉和Co基合金粉按質(zhì)量百分比為3:1進(jìn)行配比混合，然后把球料比為10:1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末。采用TESCAN VEGA掃描電子顯微鏡觀察超音速火焰噴涂TW2-Co涂層的顯微結(jié)構(gòu)。 在超音速火焰噴涂過程中，高的粒子速度使TB2-Co復(fù)合粉末與45鋼基體碰撞后，能形成孔隙率小、致密的涂層，涂層之間呈相互交錯(cuò)堆疊，涂層呈層狀結(jié)構(gòu)。采用國產(chǎn)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行涂層的結(jié)合強(qiáng)度測試，結(jié)合強(qiáng)度測試參照 GBT8642-88《金屬熱噴涂層結(jié)合強(qiáng)度的測定》進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果測得結(jié)合強(qiáng)度范圍為 72-76MPa0涂層的硬度是涂層非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)，關(guān)系到涂層的耐磨性、強(qiáng)度及涂層使用壽命等多種功能。維氏硬度采用HVS-1000型顯微硬度計(jì)測定，在整個(gè)涂層面上平均采取10點(diǎn)取其算術(shù)平均值，加載0.98N，加載時(shí)間為20s。試驗(yàn)測得涂層平均顯微硬度為 522. 6 753. IMPa0
權(quán)利要求
1.一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于通過機(jī)械合金化獲得TB2-Co復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備TB2-Co涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于所述的機(jī)械合金化法獲得TB2-Co復(fù)合粉末，以粒度均為15-45 μ m的TB2粉和Co基合金粉為原料，TiB2粉和Co基合金粉按一定的質(zhì)量百分比進(jìn)行配比混合，然后把球料比為 10 1的不銹鋼球和混合粉末在充滿氬氣的手套箱中放入球磨機(jī)球磨罐中，使球料混合物占不銹鋼球磨罐內(nèi)腔體積的30%-50%，然后在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于所述的Co基合金粉末成分按質(zhì)量百分比為，Co 余量，Cr >四，W >4，Ni >3，!^e彡3， Si 彡 1. 1，Mo 彡 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于所述的采用超音速火焰噴涂技術(shù)制備TiB2-Co涂層，噴涂工藝參數(shù)為氧氣壓力為1. 02MPa,丙烷壓力0. 4 0. 6MPa，氮?dú)鈮毫?. 65MPa，氧氣流量10 12· 5m3/h，丙烷流量 1100^1200 L/min,氮?dú)饬髁?00(Tll00L/min，噴涂區(qū)垂直速度50mm/s，噴涂區(qū)水平速度 170mm/s，噴涂距離 185mm。
5.根據(jù)權(quán)力要求4所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于=TiB2-Co涂層厚度為150-200 μ m。
6.根據(jù)權(quán)力要求4所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于=TiB2-Co涂層平均顯微硬度為522. 6 753. IMPa0
7.根據(jù)權(quán)力要求4所述的一種超音速火焰噴涂制備耐磨TB2-Co涂層的方法，其特征在于=TiB2-Co涂層的結(jié)合強(qiáng)度范圍是72-76MPa。
全文摘要
一種超音速火焰噴涂制備耐磨TiB2-Co涂層的方法，通過機(jī)械合金化在室溫下以440轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨6小時(shí)，形成TiB2和Co基合金粉的金屬陶瓷混合粉末；帶噴涂件被噴砂后的表面應(yīng)均勻粗糙，在帶噴涂件上噴涂厚度為150-200μm的涂層，超音速火焰噴涂工藝參數(shù)具體為氧氣壓力為1.02MPa，丙烷壓力0.4~0.6MPa，氮?dú)鈮毫?.65MPa，氧氣流量10~12.5m3/h，丙烷流量1100~1200L/min，氮?dú)饬髁?000~1100L/min，噴涂區(qū)垂直速度50mm/s，噴涂區(qū)水平速度170mm/s，噴涂距離185mm；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用超音速火焰噴涂TiB2-Co復(fù)合金屬陶瓷粉末，可獲得耐磨性良好的TiB2-Co涂層。TiB2-Co涂層具有良好的力學(xué)性能，涂層為層狀結(jié)構(gòu)，孔隙率低，結(jié)構(gòu)致密。
文檔編號C23C4/06GK102363877SQ20111034548
公開日2012年2月29日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者李丹, 溫雨, 陳梟 申請人:九江學(xué)院