CN104928612A - 一种Co3O4-SiC纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Co3O4-SiC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Co3O4占50-66份、SiC占28-44份、TiO2占1份、微量元素占0.11-0.69份，所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn，其制备方法为：采用气雾化法制得Co3O4-SiC的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合W、Ti、Al、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Co3O4-SiC纳米涂层的硬度可达到HRC54，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Co3O4-SiC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Co3O4-SiC纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。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，然后借助焰流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。通常利用由燃料气或电弧等提供能量。
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，随着热喷涂技术的完善和发展，热喷涂所用材料性能的不足越来越成为制约热喷涂技术发展的瓶颈，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。新型热喷涂材料需要弥补这些缺陷，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成为人们迫切的需求。
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Co3O4-SiC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Co3O4-SiC纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co3O4占21-38份、SiC占45-76份、TiO2占1份、微量元素占0.21-0.82份，所述TiO2作为添加剂加入，能提高材料的力学性能。
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn，钛金属坚韧、耐酸性好，能有效提高纳米涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。W的硬度高，能显著提高纳米涂层的耐磨性。
一种Co3O4-SiC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Co3O4-SiC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W、Ti、Al、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Co3O4-SiC纳米涂层的硬度可达HRC54，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，另外，本发明还具有较高的硬度和抗磨损性能，可适用于耐高温的工件表面，并具有一定的铁磁性和绝缘性能，可用在一些特殊的合金材料上。本发明密度可达8.943g/cm3,喷涂厚度可达3毫米，致密度良好为0.63，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，在相同的条件下，Co3O4-SiC纳米涂层的结合强度是普通涂层的40倍左右，可见超音速制备的Co3O4-SiC纳米涂层具有优异的力学性能。
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Co3O4-SiC纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co3O4占21份、SiC占45份、TiO2占1份、微量元素占0.21份。
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn。
一种Co3O4-SiC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Co3O4-SiC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W、Ti、Al、Cu、Zn制得纳米粉末。
实施例二
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co3O4占28份、SiC占55份、TiO2占1份、微量元素占0.48份。
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn。
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料的制备方法，与实施例一相同。
实施例三
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co3O4占35份、SiC占60份、TiO2占1份、微量元素占0.68份。
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn。
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料的制备方法，与实施例一相同。
实施例四
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Co3O4占38份、SiC占76份、TiO2占1份、微量元素占0.82份。
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn。
一种Co3O4-SiC纳米涂层材料的制备方法，与实施例一相同。
结合图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Co3O4-SiC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 Co3O4-SiC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 0.463 70.4 935
2 0.636 66.3 914
3 0.361 66.7 921
4 0.742 59.3 1041
平均值 0.555 65.6 941
对比组 0.573 65.2 892
采用超音速喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Co3O4-SiC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 Co3O4-SiC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 58.4683 58.4644 0.0039
2 58.8595 58.8554 0.0051
3 58.7078 58.7041 0.0037
4 58.2669 58.2611 0.0058
对比组 58.6968 58.6904 0.0064
由表1和表2可见，Co3O4-SiC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：Cr12MoV、Cr12、SKD61、4Cr5MoSiV1、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Co3O4-SiC纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Co3O4占21-38份、SiC占45-76份、TiO2占1份、微量元素占0.21-0.82份；
所述微量元素为W、Ti、Al、Cu、Zn。
2.一种Co3O4-SiC纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Co3O4-SiC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W、Ti、Al、Cu、Zn制得纳米粉末。
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