等離子噴涂法在殷瓦鋼表面制備納米復合涂層的方法
【專利摘要】等離子噴涂法在殷瓦鋼表面制備納米復合涂層的方法。本發明通過對殷瓦鋼納米等離子涂層的制備及熱處理，制備出來的高耐蝕性殷瓦鋼涂層孔洞及裂紋明顯減少，結構致密均勻，且在空氣中不易腐蝕，具有良好的耐蝕性。在納米等離子殷瓦鋼涂層的制備與熱處理過程中，本發明將納米技術、大氣等離子噴涂技術及熱處理技術有效有序的結合，利用納米粉體的顆粒尺寸小、能量高的特性有效減少等離子涂層的孔洞及裂紋，提高涂層的致密性及均勻性，利用在空氣環境下將殷瓦鋼表面的金屬氧化，形成致密的氧化膜（氧化鎳、氧化鐵）等特性有效減少殷瓦鋼中的孔洞及裂紋，提高鋼體的致密性及均勻性，利用油淬冷卻工藝，使鋼體在高溫條件下較溫和的迅速降溫，這樣能得到硬度適當，表面均一的高耐蝕性殷瓦鋼。
【專利說明】
等離子噴涂法在殷瓦鋼表面制備納米復合涂層的方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種應用等離子噴涂法在殷瓦鋼表面制備納米復合涂層的方法，屬于 金屬表面涂層處理技術及等離子噴涂技術領域。
【背景技術】
[0002] 表面涂層處理技術是提高金屬表面屬性的一種有效方法，通過在低碳鋼表面制備 一層具有特殊性能的金屬，由于金屬的腐蝕及磨損等失效過程均是首先在金屬表面發生， 所W在金屬的表面涂覆一層有效的保護層可W有效提高金屬整體的使用屬性。等離子噴涂 技術是一種表面合金化處理的有效方法，目前已成功應用于軍工、航天及造船等行業，在一 定范圍內可替代特殊鋼而進行使用，在保證正常使用的同時大幅度降低了使用成本。
[0003] 通過等離子噴涂的方法在金屬表面噴涂一層具有保護性能的涂層可W有效提高 金屬材料的性能，熱噴涂技術是近年來迅猛發展的表面工程技術中的基礎和重要組成部 分，在工件表面強化、磨損腐蝕后的產品修復、超差加工件的再制造中發揮了重要作用，原 則上可W在任何固體物質上噴涂，它具有很高的技術含量，并取得了顯著的社會效益和經 濟效益。對比來說，熱噴涂技術在提高工件表面耐蝕耐磨性能方面有著得天獨厚的優勢。
【發明內容】
[0004] 本發明提出一種應用等離子噴涂法在殷瓦鋼表面制備納米復合涂層的方法，從而 大幅度提高殷瓦鋼合金涂層的性能，但由于納米顆粒尺寸小、流動性差而無法直接作為噴 涂材料，本發明的步驟是首先對市售的納米鐵、儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理， 從而將納米粉體轉化成顆粒尺寸較大，流動性好的顆粒，運些顆粒的直徑在幾十至幾百微 米之前，從而可W直接作為等離子噴涂材料。本發明是一種應用等離子噴涂法在殷瓦鋼表 面制備納米復合涂層的方法，其特征在于具有如下的過程和步驟： a)等離子噴涂材料的制備 采用分散噴霧合成法，對市售的納米金屬粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米金屬粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，具體工藝參 數如下： Ni:化=1:(2~3)(質量比）； 膠狀物中固態物質的體積分數:15%-40%; 機械攬拌時間：10-35min。
[0005] b)攬拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，風 干結束后便得到可W直接作為等離子噴涂的材料。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂 氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0006] C)噴涂結束后對樣品立即在空氣下進行熱處理。
[0007] 馬弗爐升溫速度:5°C/min-10°C/min; 退火熱處理溫度:700°C-950°C ; 保溫時間：l〇-25min。
[0008] d)當保溫結束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置入提前準備好的澤火油中冷卻3 min,取出樣品進行測試。
[0009] 本發明具有如下特點： 1、本發明通過將納米等離子噴涂技術與殷瓦鋼表面納米涂層制備方法及熱處理工藝 有效有序的結合，并充分利用其各自的優勢，利用納米粉體的顆粒尺寸小、能量高的特性有 效減少等離子涂層的孔桐及裂紋，提高涂層的致密性及均勻性;利用空氣熱處理具有消除 殘余應力，穩定尺寸，減少變形與裂紋傾向，細化晶粒，調整組織，消除組織缺陷，均勻材料 組織和成分，在表面形成超高耐腐蝕性能氧化膜。從而顆粒之間結合更為緊密，分布更為均 勻，從而有效減少殷瓦鋼鋼體中的孔桐和裂紋，使內部結構發生微變形，鋼體結構變得更為 致密。在空氣狀態下對樣品進行熱處理，在對樣品表面進行充分氧化的情況下使合金中原 子進行相互滲透，從而使鋼體結構更加均勻。
[0010] 2、本發明通過一系列連貫的工藝，可生產出孔桐及裂紋少，結構致密成分均勻高 耐腐蝕性涂層的殷瓦鋼合金材料。該發明可通過參數的調整，亦適宜其他金屬合金元素的 制備。
[0011] 3、本發明工藝連貫，效果明顯，對環境無污染，又因目前空氣熱處理技術設備要求 低，且安全系數也大大提高，所W本發明很適宜工業化擴大生產。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明所用的等離子噴涂設備工藝圖。
【具體實施方式】
[0013] 現將本發明的具體實施例敘述于后。
[0014] 實施例1 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米化、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固 態物質的體積分數為15%;使用機械攬拌法對膠狀物攬拌lOmin。攬拌結束后使用熱風機對 膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料 噴涂于殷瓦鋼上。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0015] 噴涂結束后對樣品立即進行熱處理。將馬弗爐逐步升溫至700°C，升溫速度為10 °C/min-15°C/min，達到退火溫度后，用相蝸將樣品置于爐腔中保溫時間lOmin。當保溫結 束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置入提前準備好的澤火油中冷卻3 min，取出樣品進行 測試。整個過程即緩慢加熱到高于相變溫度區間不多的溫度，保溫適當時間，使合金轉變為 0相的細小晶粒;然后緩慢冷卻下來，使時目再轉變為a相或a+e兩相的細小晶粒。
[0016] 實施例2 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米化、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固 態物質的體積分數為20%;使用機械攬拌法對膠狀物攬拌15min。攬拌結束后使用熱風機對 膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料 噴涂于殷瓦鋼上。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0017] 將馬弗爐逐步升溫至750°C，升溫速度為10°C/min-15°C/min，達到退火溫度后， 用相蝸將樣品置于爐腔中保溫時間15min。當保溫結束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置 入提前準備好的澤火油中冷卻3 min,取出樣品進行測試。整個過程即緩慢加熱到高于相變 溫度區間不多的溫度，保溫適當時間，使合金轉變為e相的細小晶粒;然后緩慢冷卻下來，使 P相再轉變為a相或a+e兩相的細小晶粒。
[001引實施例3 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米化、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固 態物質的體積分數為25%;械攬拌法對膠狀物攬拌20min。攬拌結束后使用熱風機對膠狀物 進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料噴涂于 殷瓦鋼上。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0019] 將馬弗爐逐步升溫至800°C，升溫速度為lOr/min-15°C/min，達到退火溫度后， 用相蝸將樣品置于爐腔中保溫時間20min。當保溫結束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置 入提前準備好的澤火油中冷卻3 min,取出樣品進行測試。整個過程即緩慢加熱到高于相變 溫度區間不多的溫度，保溫適當時間，使合金轉變為e相的細小晶粒;然后緩慢冷卻下來，使 P相再轉變為a相或a+e兩相的細小晶粒。
[0020] 實施例4 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米化、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固 態物質的體積分數為30%;使用機械攬拌法對膠狀物攬拌25min。攬拌結束后使用熱風機對 膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料 噴涂于殷瓦鋼上。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0021] 將馬弗爐逐步升溫至900°C，升溫速度為10°C/min-15°C/min，達到退火溫度后， 用相蝸將樣品置于爐腔中保溫時間25min。當保溫結束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置 入提前準備好的澤火油中冷卻3 min,取出樣品進行測試。整個過程即緩慢加熱到高于相變 溫度區間不多的溫度，保溫適當時間，使合金轉變為e相的細小晶粒;然后緩慢冷卻下來，使 P相再轉變為a相或a+e兩相的細小晶粒。
[0022] 實施例5 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵儀粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米化、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙締酸分散劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固 態物質的體積分數為35%;使用機械攬拌法對膠狀物攬拌30min。攬拌結束后使用熱風機對 膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg A，將風干后得到粒徑作為等離子噴涂材料 噴涂于殷瓦鋼上。等離子噴涂過程中氣氣作為主要的噴涂氣體，氮氣作為輔助噴涂氣體。
[0023] 將馬弗爐逐步升溫至950°C，升溫速度為10°C/min-15°C/min，達到退火溫度后， 用相蝸將樣品置于爐腔中保溫時間25min。當保溫結束時，將樣品取出，迅速將樣品拿出置 入提前準備好的澤火油中冷卻3 min,取出樣品進行測試。整個過程即緩慢加熱到高于相變 溫度區間不多的溫度，保溫適當時間，使合金轉變為e相的細小晶粒;然后緩慢冷卻下來，使 P相再轉變為a相或a+e兩相的細小晶粒。
[0024] 對各個施實例經處理后的樣品進行表面宏觀及耐蝕性能進行測試，結果如表1所示：
由實例測試情況來看，通過本發明等離子噴涂法所制備納米Fe-Ni涂層具有致密均勻 的微觀結構及很強的耐蝕性能。
【主權項】
1.本發明提出一種納米復合等離子殷瓦鋼涂層的制備及熱處理方法，從而大幅度提高 殷瓦鋼合金涂層的性能，但由于納米顆粒尺寸小、流動性差而無法直接作為噴涂材料，本發 明的步驟是首先對市售的納米鐵、鎳粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，從而將納米 粉體轉化成顆粒尺寸較大，流動性好的顆粒，這些顆粒的直徑在幾十至幾百微米之前，從而 可以直接作為等離子噴涂材料，一種納米復合等離子殷瓦鋼涂層的制備及熱處理方法，其 特征在于具有如下的過程和步驟： a) 等離子噴涂材料的制備 采用分散噴霧合成法，對市售的納米鐵鎳粉體進行液相分散噴霧合成法進行處理，在 納米Fe、Ni粉體中加入一定量水及少量聚丙烯酸分散劑(體積可以忽略），使其混合成為膠 狀物，具體工藝參數如下： Ni:Fe = 1:(2~3)(質量比）； 膠狀物中固態物質的體積分數:15%-40%; 機械攪拌時間：10-35min； b) 攪拌結束后使用熱風機對膠狀物進行風干，熱風機風干水的效率為7 kg /h，風干結 束后便得到可以直接作為等離子噴涂的材料，等離子噴涂過程中氬氣作為主要的噴涂氣 體，氦氣作為輔助噴涂氣體； c) 噴涂結束后對樣品立即進行熱處理； 馬弗爐升溫速度:5 °C/min-10 °C/min; 退火熱處理溫度:700°C -950°C ; 保溫時間：l〇-25min; d) 當保溫結束時，將樣品去除，迅速將樣品拿出置入提前準備好的淬火油中冷卻3 min，取出樣品進行測試。
【文檔編號】C23C4/134GK106048503SQ201610536349
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月10日
【發明人】鐘慶東, 肖晨, 李育林, 黃哲瑞, 孫金虎, 李輝
【申請人】上海大學