一種耐鋅液腐蝕硼化物及制備金屬陶瓷梯度涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料制備方法技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種耐鋅液腐蝕硼化物。
[0002]本發(fā)明還涉及利用上述耐鋅液腐蝕硼化物制備硼化物基金屬陶瓷梯度涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]目前熱鍍鋅已經(jīng)成為鋼鐵防腐蝕方面應(yīng)用最基本、最廣泛的方法之一，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)鋼板、鋼帶、鋼絲和五金零件等，但是在目前熱鍍鋅生產(chǎn)線中存在較多應(yīng)解決的問題，如鋅液對(duì)鋅鍋中各部件(如軸承、沉沒輥、導(dǎo)向輥、支承輥)都具有強(qiáng)烈的腐蝕和磨損性問題，測溫?zé)犭娕继坠芎吞沾杉訜峁苡捎诖嘈源蠖诶錈釠_擊下容易造成開裂的問題，這些均會(huì)降低了零部件的使用壽命，給熱鍍鋅行業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0004]目前研究耐熔融鋅腐蝕的措施主要有噴刷涂料法、激光熔覆、熱噴涂陶瓷、熱浸鍍鋅、化學(xué)滲硼和滲鉻、電子束物理氣相沉積、化學(xué)物相沉積等方法，但是這些措施存在諸多問題。
[0005]噴刷涂料法、熱噴涂氧化鋯和氧化鋁陶瓷均存在涂層不致密和涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度較低的問題，在熱循環(huán)中容易開裂、脫落。激光熔覆的能量密度高，界面的稀釋率較大，溫度梯度大，冷卻速度快，熔覆層中易產(chǎn)生裂紋。
[0006]熱浸鍍鋅中助鍍劑的選擇及工藝需進(jìn)一步的完善，只能生產(chǎn)一些簡單工件。
[0007]化學(xué)滲硼法在鐵基表面產(chǎn)生的硼鐵化合物(FeB和Fe2B)雖能延緩熔融鋅對(duì)基體的腐蝕，但硼鐵化合物較脆容易形成裂紋，鋅液將沿裂縫與基體接觸，導(dǎo)致材料發(fā)生腐蝕破壞。
[0008]化學(xué)滲鉻法在鋼鐵表面形成的均勻滲鉻層(Cr23C7和Cr7C3)不與鋅液反應(yīng)，但須嚴(yán)格控制鋅液中溶解的氧含量，否則鉻的碳化物與氧反應(yīng)后將使?jié)B鉻層失去耐鋅液腐蝕的能力，成本也較高。
[0009]電子束物理氣相沉積設(shè)備昂貴，制備的金屬陶瓷涂層在熱循環(huán)中會(huì)產(chǎn)生裂紋。
[0010]化學(xué)物相沉積易引起基體組織變化，在涂層與基體界面形成脆性層，降低工件強(qiáng)度，影響工件形狀尺寸，同時(shí)能源消耗大。
[0011]傳統(tǒng)金屬陶瓷WC-Co(Cr)涂層材料中WC高溫穩(wěn)定性差、耐氧化溫度低于450°C，同時(shí)WC-Co(Cr)涂層雖具有一定的抗腐蝕能力，但其使用壽命相對(duì)較短，并且在殘余應(yīng)力及熱應(yīng)力作用下，傳統(tǒng)WC-Co(Cr)涂層易產(chǎn)生裂紋，從而降低涂層耐鋅液腐蝕能力。MoB、Cr+ff+Mo和Mo2FeB2材料由于存在涂層與基體間的結(jié)合力較差，材料間的膨脹系數(shù)差異等問題使得涂層材料不能抵抗熱應(yīng)力作用，從而導(dǎo)致涂層失效。MoB-CoCr材料雖具有良好的耐鋅液腐蝕性能，但該材料價(jià)格昂貴，實(shí)際應(yīng)用較少。
[0012]超音速火焰噴涂是噴涂硼化物金屬陶瓷材料良好可行的制備方法。硼化物陶瓷因具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高熔點(diǎn)、高硬度和高的耐磨損抗腐蝕性能而成為理想的涂層材料，由硼化物陶瓷與具有良好塑性和韌性的金屬或合金粘結(jié)劑構(gòu)成的金屬陶瓷材料既具有陶瓷材料的高硬度、良好的耐磨耐蝕性能，又具有一定的韌性；但是由于硼化物燒結(jié)性能較差，脆性很大，從而導(dǎo)致制造比較困難，大大限制了硼化物的使用；同時(shí)又由于硼化物陶瓷的熱膨脹系數(shù)與基體之間相差較大，在殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下，硼化物覆層與基體之間容易引起裂紋，從而導(dǎo)致防護(hù)涂層失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是提供一種耐鋅液腐蝕硼化物。
[0014]本發(fā)明的又一目的是提供一種利用上述硼化物制備硼化物基金屬陶瓷梯度涂層的方法。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的耐鋅液腐蝕硼化物，由A組粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行團(tuán)聚或B組粉末與粘結(jié)劑進(jìn)行團(tuán)聚，其中:
A組粉末為Mo、Cr、B、Co粉末，Mo與B的原子比為0.9-1.1，Co與Cr的原子比為1:1，MoB與與CoCr質(zhì)量比為3:1-1:1 ；
B組粉末為T1、B、Co、Cr粉末，其中Ti與B的原子比為0.45-0.6，Co與Cr的原子比為1:1，TiB2與與 CoCr 質(zhì)量比為 3:1-1:1 ；
粘結(jié)劑含量占總粉末質(zhì)量的25-50wt.%。
[0016]所述的耐鋅液腐蝕硼化物，其中，粘結(jié)劑為聚乙烯醇粘結(jié)劑。
[0017]本發(fā)明提供的利用上述硼化物制備硼化物基金屬陶瓷梯度涂層的方法，步驟如下:
1)按比例配制A組粉末或B組粉末，其中:
A組粉末為Mo、Cr、B、Co粉末，Mo與B的原子比為0.9-1.1，Co與Cr的原子比為1:1，MoB與與CoCr質(zhì)量比為3:1-1:1,
B組粉末為T1、B、Co、Cr粉末，其中Ti與B的原子比為0.45-0.6，Co與Cr的原子比為1:1，TiB2與與CoCr質(zhì)量比為3:1-1:1 ；
2)將上述粉末在惰性氣體或真空環(huán)境下混合均勻；
3)將混合均勻后的粉末用粘結(jié)劑進(jìn)行團(tuán)聚，干燥后破碎篩分獲得復(fù)合粉末，粘結(jié)劑含量占總粉末質(zhì)量的25-50wt.% ；
4)對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理；
5)采用超音速火焰噴涂技術(shù)在基體表面制備stellite6合金粘結(jié)過渡層；
6)采用超音速火焰噴涂技術(shù)在步驟5所制備的粘結(jié)過渡層表面沉積步驟3所述的復(fù)合粉末，獲得原位生成MoB/CoCr或TiB2/CoCr金屬陶瓷涂層。
[0018]所述的方法，其中，步驟2中的惰性氣體為氬氣。
[0019]所述的方法，其中，步驟2中混合是采用濕式機(jī)械球磨機(jī)進(jìn)行混合，濕式機(jī)械球磨的參數(shù)為:無水乙醇為球磨介質(zhì)，球磨轉(zhuǎn)速260-300rpm，球料比10:1。
[0020]所述的方法，其中，步驟3中的粘結(jié)劑為聚乙烯醇粘結(jié)劑。
[0021]所述的方法，其中，步驟3的復(fù)合粉末粒徑在15 μπι-53 μπι之間。
[0022]所述的方法，其中，步驟4和步驟5中的基板為316L不銹鋼。
[0023]所述的方法，其中，步驟5和步驟6中的超音速火焰噴涂參數(shù)為:氮?dú)鈮毫?.6MPa，氮?dú)饬髁繛?5 L/min ;氧氣壓力為0.55MPa，氧氣流量為322_402L/min ;丙烷壓力為0.4MPa，丙烷流量為30-48 L/min。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn):
本發(fā)明提出原位生成硼化物基金屬陶瓷梯度涂層的方法，可以通過調(diào)節(jié)粘結(jié)劑粉體之間的含量以達(dá)到在金屬陶瓷涂層中形成硼化物陶瓷含量變化的梯度過渡，進(jìn)一步提高涂層的抗熱震性能。該方法工藝簡單，可控性好，尤其適于在鍍鋅零部件表面制備抗熱震性及耐鋅液腐蝕性良好的涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供一種耐鋅液腐蝕硼化物，以及利用上述硼化物原位生成硼化物基金屬陶瓷梯度涂層的方法。本發(fā)明的涂層孔隙率低、涂層間及涂層與基體間結(jié)合良好，同時(shí)制備的硼化物基金屬陶瓷梯度涂層具有良好的抗熱震與耐鋅液腐蝕性能。
[0026]本發(fā)明的總體思路為:首先采用機(jī)械團(tuán)聚法制備適于各種粉末混合均勻的復(fù)合粉末，采用超音速火焰噴涂方法在基體表面沉積形成金屬粘結(jié)過渡層，然后通過控制噴涂工藝參數(shù)在過渡層表面原位制備硼化物基金屬陶瓷表面涂層，最終獲得結(jié)合強(qiáng)度高、抗熱震和耐鋅液腐蝕性能良好的硼化物基金屬陶瓷梯度涂層。
[0027]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案為:
1)將Mo、Cr、B、Co或T1、B、Co、Cr粉末按照一定比例進(jìn)行配比，其中Mo與B的