一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層及其制備方法，其中表面涂層包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，B4C過(guò)渡層采用熱壓燒結(jié)反應(yīng)保溫?cái)U(kuò)散制成，VC表面涂層通過(guò)PVD等離子噴涂方法制成。本發(fā)明通過(guò)對(duì)表面涂層結(jié)構(gòu)和制備方法設(shè)計(jì)，得到一種可以保護(hù)金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復(fù)合材料表面涂層，本發(fā)明科學(xué)有效，適合在表面涂層領(lǐng)域大規(guī)模推廣。
【專利說(shuō)明】
一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及表面涂層領(lǐng)域，具體涉及一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)工作環(huán)境的嚴(yán)酷性越來(lái)越高，迫切需要金屬工件能夠在耐磨、耐蝕、高溫等工況下工作且不影響自身的性質(zhì)。另外工業(yè)中對(duì)于材料的整體要求也越來(lái)越高，因此在保留金屬工件基體本構(gòu)造和成分不變的前提下，只能在金屬工件關(guān)鍵部位實(shí)行涂層防護(hù)，這樣既能有效地保護(hù)工件，又能節(jié)約成本。因此工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)出可以保護(hù)金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復(fù)合材料表面涂層是非常有必要的。
[0003]另外在現(xiàn)有技術(shù)下制備金屬基體表面涂層時(shí)易產(chǎn)生氣泡和夾雜，難以獲得牢固、干凈的界面結(jié)合，且涂層本身的致密度和韌性不高，容易發(fā)生開裂、翹曲和脫落等問(wèn)題。因此在制備可以保護(hù)金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復(fù)合材料表面涂層的同時(shí)，應(yīng)選擇合適的方法使得所形成涂層與金屬基體間的界面結(jié)合良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層及其制備方法，使得可以對(duì)金屬基體進(jìn)行防護(hù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明提供了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，其特征在于，所述的表面涂層包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，所述的B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C:85-90%、Β2θ3:10-15%，所述的VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:90-95%、C:5-10%。
[0007]優(yōu)選地，所述的B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C: 87 %、B2O3:13%,所述的VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:92%、C:8%。
[0008]優(yōu)選地，所述的B4C過(guò)渡層采用熱壓燒結(jié)反應(yīng)保溫?cái)U(kuò)散制成，所述的VC表面涂層通過(guò)PVD等離子噴涂方法制成。
[0009]優(yōu)選地，所述的B4C過(guò)渡層厚度為0.8-1.2mm，所述的VC表面涂層厚度為2-3mm。
[0010]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)首先按照重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10_12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層壓坯；
[0012](2)接著在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為12-15m金屬基體壓坯，并對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理；
[0013](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)并保溫?cái)U(kuò)散，結(jié)束后對(duì)金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0014](4)按照重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10-12h，球料質(zhì)量比為3:I，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0015](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，形成均勻表面涂層。
[0016]優(yōu)選地，所述的步驟(3)中熱壓燒結(jié)反應(yīng)及保溫?cái)U(kuò)散過(guò)程中:施加壓力為30-45MPa，燒結(jié)溫度 1000-1150°(:，保溫時(shí)間120-1801^11。
[0017]優(yōu)選地，所述的步驟(5)中的等離子噴槍弧柱中心溫度為15000-30000°C，工作氣體以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為200?400ml/min;粉末噴涂速率為6_8kg/h，噴涂距離為20_60mm。
[0018]本發(fā)明有益效果:
[0019]本發(fā)明提供的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，VC具有高熔點(diǎn)，硬度高等特點(diǎn)，作為表面涂層具有良好的耐磨性，耐蝕性，耐高溫等性能，B4C具有強(qiáng)硬度、低密度、與金屬基體結(jié)合緊密等優(yōu)良的性質(zhì)，作為過(guò)渡層可以克服VC粉末與金屬基體結(jié)合不牢固導(dǎo)致易產(chǎn)生氣泡和夾雜的缺陷。本發(fā)明中采用在真空環(huán)境下對(duì)壓坯進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)并保溫?cái)U(kuò)散制成B4C過(guò)渡層，使得所形成金屬基體與過(guò)渡層間的界面結(jié)合良好，涂層致密性高。利用PVD等離子噴涂VC表面涂層，可以提高表面涂層致密性，解決涂層容易發(fā)生開裂、翹曲和脫落的問(wèn)題。本發(fā)明科學(xué)有效，適合在金屬基體表面涂層領(lǐng)域大規(guī)模推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述?；w于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]實(shí)施例1:
[0022]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，84(:過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:84(::85%、8203:15%，￥(:表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:90%、C:10%。
[0023]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫表面涂層復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0024](I)首先按照上述重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層厚度為0.8mm壓坯；
[0025](2)在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為12mm金屬基體壓坯，結(jié)束后對(duì)乳坯進(jìn)行表面處理；；
[0026](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和表面處理過(guò)金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯施加30MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)，其中燒結(jié)溫度為1000-Γ，保溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為120min，結(jié)束后金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0027](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10h，其中球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0028](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設(shè)置為150000C，以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為200ml/min;粉末噴涂速率為6kg/h，噴涂距離為20mm，形成厚度為2mm的VC表面涂層。
[0029]實(shí)施例2:
[0030]一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C: 86 %、B2O3:14%, VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:92%、C:8%。
[0031 ] 一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0032](I)首先按照上述重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層厚度為1.0mm壓坯；
[0033](2)在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為13mm金屬基體壓坯，結(jié)束后對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理；；
[0034](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和表面處理過(guò)金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯施加35MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)，其中燒結(jié)溫度為1000°C，保溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為180min，結(jié)束后金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0035](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0036](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設(shè)置為200000C，以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為300ml/min;粉末噴涂速率為7kg/h，噴涂距離為30mm，形成厚度為3mm的VC表面涂層。
[0037]實(shí)施例3:
[0038]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C: 90 %、B2O3:10%, VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:92%、C:8%。
[0039]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0040](I)首先按照上述重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨llh，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層厚度為1.0mm壓坯；
[0041 ] (2)在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為14mm金屬基體壓坯，結(jié)束后對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理；；
[0042](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和表面處理過(guò)金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯施加45MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)，其中燒結(jié)溫度為1000-1150°C，保溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為140min，結(jié)束后金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0043](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0044](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設(shè)置為300000C，以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為400ml/min;粉末噴涂速率為8kg/h，噴涂距離為40mm，形成厚度為2mm的VC表面涂層。
[0045]實(shí)施例4:
[0046]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C: 86 %、B2O3:14%, VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:95%、C:5%。
[0047]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0048](I)首先按照上述重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層厚度為1.2mm壓坯；
[0049](2)在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為15mm金屬基體壓坯，結(jié)束后對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理；；
[0050](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和表面處理過(guò)金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯施加30MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)，其中燒結(jié)溫度為1150°C，保溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為180min，結(jié)束后金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0051](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0052](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設(shè)置為300000C，以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為400ml/min;粉末噴涂速率為8kg/h，噴涂距離為50mm，形成厚度為2mm的VC表面涂層。
[0053]實(shí)施例5:
[0054]一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，B4C過(guò)渡層由以下重量百分比構(gòu)成:B4C: 90 %、B2O3:10%, VC表面涂層由以下重量百分比構(gòu)成:VC:93%、C:7%。
[0055]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0056](I)首先按照上述重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層厚度為1.2mm壓坯；
[0057](2)在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為14mm金屬基體壓坯，結(jié)束后對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理；
[0058](3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和表面處理過(guò)金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯施加45MPa的壓力進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)，其中燒結(jié)溫度為1150°C，保溫?cái)U(kuò)散時(shí)間為150min，結(jié)束后金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理；
[0059](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10h，其中球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)；
[0060](5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設(shè)置為150000C，以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為400ml/min;粉末噴涂速率為8kg/h，噴涂距離為40mm，形成厚度為3mm的VC表面涂層。
[0061]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，其特征在于，所述的表面涂層包括B4C過(guò)渡層和VC表面涂層，所述的B4C過(guò)渡層由以下重量百分比組分構(gòu)成:B4C: 85-90 %、B2O3:10-15%，所述的VC表面涂層由以下重量百分比組分構(gòu)成:VC:90-95%、C:5-10%。2.如權(quán)利要求1所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過(guò)渡層由以下重量百分比組分構(gòu)成:B4C: 87 %、B2O3:13 %，所述的VC表面涂層由以下重量百分比組分構(gòu)成:VC: 92%、C: 8%。3.如權(quán)利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過(guò)渡層采用熱壓燒結(jié)反應(yīng)保溫?cái)U(kuò)散制成，所述的VC表面涂層通過(guò)PVD等離子噴涂方法制成。4.如權(quán)利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過(guò)渡層厚度為0.8-1.2mm，所述的VC表面涂層厚度為2-3mm。5.—種如權(quán)利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)首先按照重量百分比稱取B4C原料粉，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10-12h，其中球料質(zhì)量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過(guò)渡層壓坯； (2)接著在25MPa壓力下將金屬粉制成厚度為12-15m金屬基體壓坯，并對(duì)壓坯進(jìn)行表面處理； (3)將壓制完畢的過(guò)渡層壓坯和金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環(huán)境下對(duì)壓坯進(jìn)行熱壓燒結(jié)反應(yīng)并保溫?cái)U(kuò)散，結(jié)束后對(duì)金屬基體壓坯進(jìn)行第二次表面處理； (4)按照重量百分比稱取VC原料粉在球磨機(jī)上進(jìn)行研磨10-12h，球料質(zhì)量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內(nèi)； (5)最后通過(guò)等離子噴槍將VC噴涂在過(guò)渡層表面，形成均勻表面涂層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中熱壓燒結(jié)反應(yīng)及保溫?cái)U(kuò)散過(guò)程中:施加壓力為30-45MPa，燒結(jié)溫度1000-1150°(:，保溫時(shí)間120-1801^11。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復(fù)合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟(5)中的等離子噴槍弧柱中心溫度為15000-30000°C，工作氣體以氬氣為載氣，氫氣為輔助氣體，流量為200?400ml/min;粉末噴涂速率為6-8kg/h，噴涂距離為20-60mmo
【文檔編號(hào)】C23C4/134GK105821367SQ201610286694
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】汪德發(fā), 張聯(lián)合, 徐超, 汪禮忠, 趙文定, 匡和平
【申請(qǐng)人】寧國(guó)市開源電力耐磨材料有限公司