CN104846320A - 一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Co占32-59份、SiC占28-48份、Fe占13-31份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.23-0.62份，所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn，其制备方法为：采用气雾化法制得Co-SiC-Fe的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。本发明的形貌为球状颗粒，分布均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明制成的Co-SiC-Fe纳米涂层的硬度达到HRC56，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高。

Description

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料及其制备方法。

背景技术

热喷涂是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。

随着对工程机械设备性能要求的不断提高，热喷涂技术的完善和发展，热喷涂技术的应用主要受限于热喷涂材料和工艺设备的发展。然而，热喷涂技术的突出特点又使其应用极具潜力。这些特点主要表现在：1、表面工程和多种复合材料的结合在材料设计中具有明显的优势；2、可方便地调整材料的化学成分；3、能够动态形成具有特殊结构性能的复合材料；4、多种材料和多种技术的复合可获得优异的性能。因此热喷涂材料的研究是21世纪热喷涂发展的决定性因素，也是热喷涂技术发展的驱动。

传统的喷涂技术使用的材料结合强度差、气孔率高、耐磨性差，难以满足现代工业的发展需求。而新型热喷涂材料可以弥补这些缺陷，采用新工艺、新方法、新配方制得具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性，微观组织结构均匀，综合力学性能优良的材料以满足人们的迫切需求是热喷涂技术发展的趋势。

发明内容

为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co占32-59份、SiC占28-48份、Fe占13-31份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.23-0.62份，所述Al₂O₃在摩氏硬度表中位列第9级，Al₂O₃作为添加剂加入，能提高材料力学性能。

Co的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。Co作为粉末冶金中的粘结剂能保证硬质合金有一定的韧性。

SiC的硬度很大,莫氏硬度为9.5级，仅次于世界上最硬的金刚石(10级)，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。所述Gr为石墨烯，石墨烯(Graphene)是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，能显著提高涂层硬度。

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用气雾化法制得Co-SiC-Fe的纳米球；

(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。

本发明的有益效果是：本发明的形貌为球状颗粒，分布均匀、颗粒完整，具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明制成的Co-SiC-Fe纳米涂层的硬度可达HRC56，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，密度可达9.252g/cm³,喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.83，综合性能优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好与传统合金材料相比有着很大的进步。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

实施例一：

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co占32份、SiC占28份、Fe占13份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.23份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用气雾化法制得Co-SiC-Fe的纳米球；

(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。

实施例二：

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co占38份、SiC占35份、Fe占21份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.28份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例三：

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co占46份、SiC占42份、Fe占28份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.46份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

实施例四：

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co占59份、SiC占48份、Fe占31份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.62份。

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。

参照图1，采用超音速喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Co-SiC-Fe纳米涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：

表1 Co-SiC-Fe纳米涂层与20Co钢基体的性能对比实验结果：

实验组编号	孔隙率(AREA％)	结合强度(MPa)	显微硬度(HV)
				1	0.346	64.3	1025
2	0.457	59.5	948
				3	0.347	64.8	921
4	0.485	57.9	1063
				平均值	0.409	61.6	989
对比组	0.438	52.3	933

采用超音速喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Co-SiC-Fe涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：

表2 Co-SiC-Fe纳米涂层与20Co钢基体的磨损量对比实验结果：

实验组编号	磨损前(g)	磨损后(g)	磨损量(g)
				1	71.4748	71.4719	0.0029
2	71.3668	71.3644	0.0024
				3	71.7397	71.7363	0.0034
4	71.6996	71.6974	0.0022
				对比组	71.5855	71.5814	0.0041

由表1和表2可见，Co-SiC-Fe纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。

本发明适用于超音速喷涂，可用喷涂钢材有：S136、4Cr13、Cr12MoV、Cr12、4Cr5W2VSi、8Cr3等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Co占32-59份、SiC占28-48份、Fe占13-31份、Al₂O₃占1份、微量元素占0.23-0.62份；

所述微量元素为Gr、W、Ti、Cu、Zn。

2.一种硬质Co-SiC-Fe纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)先采用气雾化法制得Co-SiC-Fe的纳米球；

(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合Gr、W、Ti、Cu、Zn制得纳米粉末。