專利名稱：耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，屬于耐腐蝕涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)熱浸鍍鋅生產(chǎn)中，沉沒(méi)輥、軸承、鋅鍋等部件在液態(tài)鋅中腐蝕嚴(yán)重，頻繁的維修與更換嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)的發(fā)展。表面改性技術(shù)是提高材料性能最有效的方法之一。目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用表面改性的方法對(duì)熱浸鍍鋅生產(chǎn)部件進(jìn)行表面處理，以求改善材料的耐液鋅腐蝕壽命。WC-Co涂層是目前工業(yè)生產(chǎn)中保護(hù)材料耐液鋅腐蝕應(yīng)用最廣泛的涂層，但其平均1-3周的使用壽命已不能滿足生產(chǎn)的發(fā)展，難以有效解決熱浸鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中的液鋅腐蝕問(wèn)題。近幾年，耐液鋅腐蝕材料的研發(fā)吸引了越來(lái)越多科技工作者的目光和關(guān)注，也取得了一定的進(jìn)展。但是，距離這些材料真正應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐還有很大的差距。目前為止， 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道(S. Matthews, B. James, J. Therm. Spray Technol. 19 (2010) 1283.) 超音速噴涂MoB/CoCr涂層是耐液鋅腐蝕性能最好的材料。在熔融態(tài)Al-45wt.%Zn和 Al-Zn-1. 5wt. %Si合金中，超音速噴涂MoB/CoCr涂層耐腐蝕壽命(>600h)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)超音速噴涂WC-Co和WC-Co-Cr涂層。根據(jù)我們課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)，TiAlNb合金具有優(yōu)異的耐液鋅腐蝕性能 (J.P.Lin, CHN Patent 10011237. 5, 2006)。Ti4Nb3Al9 合金在熔融鋅液中(Zn_0. 2wt. %A1) 耐液鋅腐蝕壽命超過(guò)150天，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有耐液鋅腐蝕材料。但是，TiAlNb合金由于其脆性和難加工性，使其很難直接被作為結(jié)構(gòu)材料加以應(yīng)用。采用超音速噴涂(HVOF) 工藝對(duì)不銹鋼基體表面進(jìn)行噴涂處理，結(jié)果顯示TiAlNb涂層同樣表現(xiàn)出優(yōu)異的耐液鋅腐蝕性能，耐腐蝕壽命超過(guò)50天，優(yōu)于資料報(bào)道中的超音速噴涂MoB/CoCr涂層。超音速噴涂TiAlNb涂層耐液鋅腐蝕壽命與MoB/CoCr涂層相比，耐液鋅腐蝕壽命提高一倍以上。 TiAlNb合金作為一種新型材料非常有希望在熱浸鍍鋅工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域加以應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有涂層不能對(duì)熱浸鍍鋅部件提供有效保護(hù)而帶來(lái)的腐蝕失效問(wèn)題，提供一種耐液鋅腐蝕TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法。一種耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于具體制備步驟為
1)、在制備底層涂層之前基體表面進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括打磨和粗化、清洗及除
銹；
2)采用超音速噴涂方法在基體表面制備粘結(jié)層涂層，其中所述超音速噴涂過(guò)程中噴涂的粉末為NiCr5Al,粉末的粒度為10 45 μ m，粘結(jié)層厚度為0. 05 0. 15mm。噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為160 220 L/min,丙烷流量為25 35 L/min，噴涂距離為190 220mm,空氣壓力為0. 3 0. 4MPa,送粉量為20 _50g/min ；
3)對(duì)步驟2)所述粘結(jié)層涂層進(jìn)行烘干及預(yù)熱；
4)通過(guò)超音速噴涂制備TiAl-Nb表面涂層，噴涂的粉末為TiAl-Nb金屬間化合物合金經(jīng)真空熔煉、機(jī)械破碎及篩選后的粉末；粉末粒度為10 45 μ m,噴涂涂層厚度為1. 0 2. Omm;噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為140 200 L/min,丙烷流量為20 30 L/min，噴涂距離為190 220mm,空氣壓力為0. 3 0. 4ΜΡει，送粉量為5 -20g/min。步驟1)所述打磨和粗化包括選用噴砂粒徑為20目 60目的棕剛玉砂，對(duì)所述基體表面進(jìn)行粗化，其中粗化程度為粗糙度> 5。步驟3)所述的預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100°C 150°C。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于提供了一種新型耐液鋅腐蝕涂層及其制備方法，采用超音速噴涂工藝制備復(fù)合涂層，改善了單一 Ti4Nb3Al9涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度強(qiáng)度低，易脫落失效的問(wèn)題?？蓮V泛用于液鋅腐蝕破壞環(huán)境下使用的零部件的表面防護(hù)。本發(fā)明通過(guò)超音速噴涂工藝有效地將兩種涂層優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，制備的復(fù)合涂層致密、均勻、結(jié)合強(qiáng)度高，涂層結(jié)合強(qiáng)度> 65MPa,涂層硬度HVai ^ 500，涂層抗液鋅腐蝕能力較WC-Co涂層提高3倍以上。


圖1為本發(fā)明方法制備的Ti4Nb3Al9涂層微觀組織形貌。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，選擇與熱浸鍍鋅沉沒(méi)輥316L不銹鋼相同的材質(zhì)作為基體，采用本實(shí)施方式提供的復(fù)合涂層制備方法，首先對(duì)基材表面進(jìn)行打磨、除毛刺、除銹、清洗；選用噴砂粒度為M目的棕剛玉砂進(jìn)行表面粗化，粗化程度為粗糙度> 5，優(yōu)選為8. 3 ；采用超音速噴涂在基材表面噴涂MCr5Al粘結(jié)層，粘結(jié)層厚度為0. Imm;噴涂前預(yù)熱溫度為100°C 150°C ；噴涂粉末粒度為-300目，噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為197.6 L/min,丙烷流量為 26. 4L/min,噴涂距離為200mm，空氣壓力為0. 35Mpa,送粉量為30g/min ；對(duì)所屬粘結(jié)層通過(guò)超音速噴涂制備Ti4Nb3Al9表層涂層，噴涂前預(yù)熱溫度為10(TC 150°C ；噴涂粉末粒度為10 μ m 45 μ m，噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為145. 2 L/min,丙烷流量為26. 4 L/min, 噴涂距離為200mm，空氣壓力為0. 35Mpa,送粉量為lOg/min，Ti4Nb3Al9表層涂層厚度為 0. 15mm ；實(shí)驗(yàn)結(jié)果超音速噴涂Ti4Nb3Al9復(fù)合涂層在液鋅中的耐腐蝕壽命為22天。實(shí)施例2，選擇410不銹鋼作為基體，采用本實(shí)施方式提供的復(fù)合涂層制備方法， 首先對(duì)基材表面進(jìn)行打磨、除毛刺、除銹、清洗；選用噴砂粒度為M目的棕剛玉砂進(jìn)行表面粗化，粗化程度為粗糙度8. 3 ；采用超音速噴涂在基材表面噴涂MCr5Al粘結(jié)層，粘結(jié)層厚度為0. Imm;噴涂前預(yù)熱溫度為100°C 150°C;噴涂粉末粒度為-300目，噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為197. 6 L/min，丙烷流量為沈.4L/min，噴涂距離為200mm，空氣壓力為0. 35Μρει， 送粉量為35g/min ；對(duì)所屬粘結(jié)層通過(guò)超音速噴涂制備Ti4Nb3Al9表層涂層，噴涂前預(yù)熱溫度為100°C 150°C ；噴涂粉末粒度為ΙΟμπι 45μπι，噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為145.2 L/min,丙烷流量為沈.4 L/min，噴涂距離為200mm，空氣壓力為0. 35Μρει，送粉量為IOg/ min, Ti4Nb3Al9表層涂層厚度為0. 15mm ；超音速噴涂Ti4Nb3Al9復(fù)合涂層在液鋅中的耐腐蝕壽命為43天。 本發(fā)明在研究分析液鋅對(duì)不銹鋼腐蝕特性后，設(shè)計(jì)了復(fù)合涂層體系，底層涂層采用超音速噴涂工藝制備粘結(jié)層，粘結(jié)層熱膨脹系數(shù)介于不銹鋼基體與TiAlNb表層涂層之間，有利于降低表層涂層熱膨脹系數(shù)與基體的不匹配，減少涂層內(nèi)的殘余應(yīng)力，提高表層涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。表面涂層材料采用耐液鋅腐蝕性能優(yōu)異的Ti4Nb3Al9金屬間化合物， 經(jīng)機(jī)械破碎、球磨、篩選后作為噴涂粉末，經(jīng)超音速噴涂后，涂層硬度高、孔隙率低，耐液鋅腐蝕性能好，有效保護(hù)基材免受液鋅腐蝕。
權(quán)利要求
1.一種耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于具體制備步驟為1)、在制備底層涂層之前基體表面進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括打磨和粗化、清洗及除銹；2)、采用超音速噴涂方法在基體表面制備粘結(jié)層涂層，其中所述超音速噴涂過(guò)程中噴涂的粉末為NiCr5Al,粉末的粒度為10 45μπι，粘結(jié)層厚度為0. 05 0. 15mm ；噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為160 220 L/min,丙烷流量為25 35 L/min，噴涂距離為190 220mm,空氣壓力為0. 3 0. 4MPa,送粉量為20 _50g/min ；3)、對(duì)步驟2)所述粘結(jié)層涂層進(jìn)行烘干及預(yù)熱；4)、通過(guò)超音速噴涂制備TiAl-Nb表面涂層，噴涂的粉末為TiAl-Nb金屬間化合物合金經(jīng)真空熔煉、機(jī)械破碎及篩選后的粉末；粉末粒度為10 45 μ m，噴涂涂層厚度為 1.0 2. Omm;噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為140 200 L/min，丙烷流量為20 30 L/ min,噴涂距離為190 220mm,空氣壓力為0. 3 0. 4MPa,送粉量為5 -20g/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，步驟1)所述打磨和粗化包括選用噴砂粒徑為20目 60目的棕剛玉砂，對(duì)所述基體表面進(jìn)行粗化，其中粗化程度為粗糙度> 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于步驟3)所述的預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100°C 150°C。
全文摘要
一種耐液鋅腐蝕超音速噴涂TiAl-Nb復(fù)合涂層的制備方法，屬于耐腐蝕涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法制備的涂層由兩個(gè)功能涂層復(fù)合而成從基體依次為采用超音速噴涂制備的NiCr5Al粘結(jié)層和TiAlNb頂層涂層。采用該方法所制備的復(fù)合涂層致密、硬度均勻、涂層結(jié)合強(qiáng)度高，耐液鋅腐蝕性能優(yōu)。經(jīng)測(cè)試，涂層結(jié)合強(qiáng)度≥65MPa,涂層硬度HV0.1≥500，涂層抗液鋅腐蝕能力較WC-Co涂層提高3倍以上。
文檔編號(hào)C23C4/02GK102418064SQ201110409750
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者何新玉, 張少杰, 張來(lái)啟, 曾紅杰, 林均品 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)