一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層及其制備方法，其中表面涂層包括B4C過渡層和VC表面涂層，B4C過渡層采用熱壓燒結反應保溫擴散制成，VC表面涂層通過PVD等離子噴涂方法制成。本發明通過對表面涂層結構和制備方法設計，得到一種可以保護金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復合材料表面涂層，本發明科學有效，適合在表面涂層領域大規模推廣。
【專利說明】
一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層及其制備方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及表面涂層領域，具體涉及一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業工作環境的嚴酷性越來越高，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。另外工業中對于材料的整體要求也越來越高，因此在保留金屬工件基體本構造和成分不變的前提下，只能在金屬工件關鍵部位實行涂層防護，這樣既能有效地保護工件，又能節約成本。因此工業實際生產中，設計出可以保護金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復合材料表面涂層是非常有必要的。
[0003]另外在現有技術下制備金屬基體表面涂層時易產生氣泡和夾雜，難以獲得牢固、干凈的界面結合，且涂層本身的致密度和韌性不高，容易發生開裂、翹曲和脫落等問題。因此在制備可以保護金屬基體且耐磨耐蝕耐高溫的復合材料表面涂層的同時，應選擇合適的方法使得所形成涂層與金屬基體間的界面結合良好。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的不足，本發明提供了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層及其制備方法，使得可以對金屬基體進行防護。
[0005]為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:
[0006]本發明提供了一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，其特征在于，所述的表面涂層包括B4C過渡層和VC表面涂層，所述的B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C:85-90%、Β2θ3:10-15%，所述的VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:90-95%、C:5-10%。
[0007]優選地，所述的B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C: 87 %、B2O3:13%,所述的VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:92%、C:8%。
[0008]優選地，所述的B4C過渡層采用熱壓燒結反應保溫擴散制成，所述的VC表面涂層通過PVD等離子噴涂方法制成。
[0009]優選地，所述的B4C過渡層厚度為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，然后在球磨機上進行研磨10_12h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層壓坯；
[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，并對壓坯進行表面處理；
[0013](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯進行熱壓燒結反應并保溫擴散，結束后對金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0014](4)按照重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨10-12h，球料質量比為3:I，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0015](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，形成均勻表面涂層。
[0016]優選地，所述的步驟(3)中熱壓燒結反應及保溫擴散過程中:施加壓力為30-45MPa，燒結溫度 1000-1150°(:，保溫時間120-1801^11。
[0017]優選地，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]本發明有益效果:
[0019]本發明提供的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層包括B4C過渡層和VC表面涂層，VC具有高熔點，硬度高等特點，作為表面涂層具有良好的耐磨性，耐蝕性，耐高溫等性能，B4C具有強硬度、低密度、與金屬基體結合緊密等優良的性質，作為過渡層可以克服VC粉末與金屬基體結合不牢固導致易產生氣泡和夾雜的缺陷。本發明中采用在真空環境下對壓坯進行熱壓燒結反應并保溫擴散制成B4C過渡層，使得所形成金屬基體與過渡層間的界面結合良好，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，解決涂層容易發生開裂、翹曲和脫落的問題。本發明科學有效，適合在金屬基體表面涂層領域大規模推廣。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明的實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。基體于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0021]實施例1:
[0022]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，包括B4C過渡層和VC表面涂層，84(:過渡層由以下重量百分比構成:84(::85%、8203:15%，￥(:表面涂層由以下重量百分比構成:VC:90%、C:10%。
[0023]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫表面涂層復合材料的制備方法，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，然后在球磨機上進行研磨10h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層厚度為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，結束后對乳坯進行表面處理；；
[0026](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和表面處理過金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯施加30MPa的壓力進行熱壓燒結反應，其中燒結溫度為1000-Γ，保溫擴散時間為120min，結束后金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0027](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨10h，其中球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0028](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設置為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]實施例2:
[0030]一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，包括B4C過渡層和VC表面涂層，B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C: 86 %、B2O3:14%, VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:92%、C:8%。
[0031 ] 一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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，然后在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層厚度為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，結束后對壓坯進行表面處理；；
[0034](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和表面處理過金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯施加35MPa的壓力進行熱壓燒結反應，其中燒結溫度為1000°C，保溫擴散時間為180min，結束后金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0035](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0036](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設置為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]實施例3:
[0038]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，包括B4C過渡層和VC表面涂層，B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C: 90 %、B2O3:10%, VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:92%、C:8%。
[0039]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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，然后在球磨機上進行研磨llh，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層厚度為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，結束后對壓坯進行表面處理；；
[0042](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和表面處理過金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯施加45MPa的壓力進行熱壓燒結反應，其中燒結溫度為1000-1150°C，保溫擴散時間為140min，結束后金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0043](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0044](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設置為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]實施例4:
[0046]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，包括B4C過渡層和VC表面涂層，B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C: 86 %、B2O3:14%, VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:95%、C:5%。
[0047]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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，然后在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層厚度為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，結束后對壓坯進行表面處理；；
[0050](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和表面處理過金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯施加30MPa的壓力進行熱壓燒結反應，其中燒結溫度為1150°C，保溫擴散時間為180min，結束后金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0051](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0052](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設置為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]實施例5:
[0054]一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，包括B4C過渡層和VC表面涂層，B4C過渡層由以下重量百分比構成:B4C: 90 %、B2O3:10%, VC表面涂層由以下重量百分比構成:VC:93%、C:7%。
[0055]—種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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，然后在球磨機上進行研磨12h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層厚度為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，結束后對壓坯進行表面處理；
[0058](3)將壓制完畢的過渡層壓坯和表面處理過金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯施加45MPa的壓力進行熱壓燒結反應，其中燒結溫度為1150°C，保溫擴散時間為150min，結束后金屬基體壓坯進行第二次表面處理；
[0059](4)按照上述重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨10h，其中球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內；
[0060](5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，等離子噴槍弧柱中心溫度設置為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]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，其特征在于，所述的表面涂層包括B4C過渡層和VC表面涂層，所述的B4C過渡層由以下重量百分比組分構成: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成:VC:90-95%、C:5-10%。2.如權利要求1所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過渡層由以下重量百分比組分構成:B4C: 87 %、B2O3:13 %，所述的VC表面涂層由以下重量百分比組分構成:VC: 92%、C: 8%。3.如權利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過渡層采用熱壓燒結反應保溫擴散制成，所述的VC表面涂層通過PVD等離子噴涂方法制成。4.如權利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層，其特征在于，所述的B4C過渡層厚度為0.8-1.2mm，所述的VC表面涂層厚度為2-3mm。5.—種如權利要求1-2任一所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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，然后在球磨機上進行研磨10-12h，其中球料質量比為3:1，接著在25MPa壓力下將研磨后的B4C制成過渡層壓坯； (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，并對壓坯進行表面處理； (3)將壓制完畢的過渡層壓坯和金屬基體壓坯放入石墨模具中，在真空環境下對壓坯進行熱壓燒結反應并保溫擴散，結束后對金屬基體壓坯進行第二次表面處理； (4)按照重量百分比稱取VC原料粉在球磨機上進行研磨10-12h，球料質量比為3:1，然后將研磨后的VC粉末裝入等離子噴槍內； (5)最后通過等離子噴槍將VC噴涂在過渡層表面，形成均勻表面涂層。6.根據權利要求5所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復合材料表面涂層的制備方法，其特征在于，所述的步驟(3)中熱壓燒結反應及保溫擴散過程中:施加壓力為30-45MPa，燒結溫度1000-1150°(:，保溫時間120-1801^11。7.根據權利要求5所述的金屬基體耐磨耐蝕耐高溫復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】C23C4/134GK105821367SQ201610286694
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】汪德發, 張聯合, 徐超, 汪禮忠, 趙文定, 匡和平
【申請人】寧國市開源電力耐磨材料有限公司