CN117265456A - 一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及核工程装备技术领域,主要涉及一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层及其制备方法,Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法包括以下步骤:采用***喷涂,在所述基材的表面处制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层;***喷涂中燃料气体为丙烷,助燃气体为氧气,送粉气体为氢气。本申请所提供的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法工艺可控,可以制备大尺寸、复杂的零件表面涂层,在零部件表面耐磨损方面具有重要的应用前景,通过本申请制备方法制备的涂层具有更佳的致密性和硬度以及高的粘结强度,极大地促进了功能性涂层在航空航天及核工业等领域的应用。
Description
技术领域
本申请涉及核工程装备技术领域,主要涉及一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层及其制备方法。
背景技术
热套管属于反应堆控制棒驱动机构的一个组件,安装在驱动机构的管座上方且与管座径向间隙配合,轴向与管座接触且无约束限制;在机组工况运行时,由于流致振动会导致热套管与管座支撑结构之间存在异常磨损情况,该磨损会在管座上部端头锥形凹面与热套管上端法兰结合处延伸,进而导致隔热套高度位置下降,直至上端法兰全部磨损干净,届时整根热套管会坠落,残留的环形法兰也会成为异物,严重时会出现卡棒事故,也就是反应堆内的控制棒无法上下移动调整位置。
在核电行业,现在的核电站针对该问题的修正方案一般是直接拆除旧的,重新更换新的控制棒驱动线。而更换新的热套管工期长,更换后的驱动线放射性强,还需要对更换后的驱动线进行单独保存和处理。而通过在热套管摩擦处制备耐磨涂层可以缓解热套管的磨损失效问题,但是在使用传统热喷涂技术制备的耐磨涂层存在较高的孔隙率及较低的结合强度,涂层整体性能不佳,所制备的耐磨涂层无法满足在航天及航空、核工业、超临界石油化工装备等行业中大量使用。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本申请的目的在于提供一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层及其制备方法,旨在解决现有通过传统热喷涂技术制备的功能性涂层存在较高的孔隙率和较低的结合程度的问题。
本申请的技术方案如下:
本申请提供一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其中,包括以下步骤:
采用***喷涂,在基材的表面处制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层;
所述***喷涂中燃料气体为丙烷,助燃气体为氧气,送粉气体为氢气。
本申请将氢气作为送粉气体,氢气在将喷涂材料送入燃烧室后,部分氢气还与丙烷燃气混合与氧气反应***,有利于提供高能量的热源,使得喷涂材料的熔化和汽化更加充分,促使喷涂材料迅速熔融并保证喷涂材料熔滴的扁平化铺展能力,在冷却凝固后可以提高耐磨涂层的附着力和均匀性,进而得到硬度高并致密的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层。
进一步地,所述送粉气体的流量为20-40L/min。送粉气体流量为20-40L/min可以保证喷涂材料有效送入燃烧室进行熔融。
进一步地,所述燃料气体的流量为20-40L/min;所述助燃气体的流量为40-50L/min。在本申请中,通过调整燃料气体和助燃气体的流量可以将***中心处的实际氧燃比控制在2.0-2.5之间,在该氧燃比下丙烷不完全燃烧,配合氢气的还原性能够保证***喷涂在接近纯还原氛围下进行,可以防止碳化物喷涂材料发生脱碳分解或氧化,减少杂质的产生,保持喷涂材料的原始性质,减少对涂层耐磨性能的不利影响,还能使喷涂过程中的***火焰更加均匀,从而得到更加均匀和致密的涂层结构,提高涂层的质量。
进一步地,所述***喷涂中的喷涂距离为250-350mm,喷涂角度为90°,喷涂速度为4-5mm/s。
进一步地,所述***喷涂中的喷枪出口段的材质为氮化硅。有利于生成的水蒸气迅速逸散,减少对喷涂材料熔滴的影响,保证喷涂形成的涂层形态良好。
进一步地,所述基材为Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢或因科镍718合金中的一种。
进一步地,在所述***喷涂之前对所述基材进行预处理,所述基材预处理为喷砂、化学清洁和机械研磨中的一种或者两种以上;所述喷砂的喷料为氧化铝砂,所述氧化铝砂的粒径为100µm;所述化学清洁在超声下进行,所述化学清洁的试剂为丙酮。
进一步地,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层在制备后还经过后处理,所述后处理为研磨、机加工或抛光中的一种;所述后处理完成后还经过检查,所述检查为目测、测厚仪检测和表面粗糙仪检测中的一种或两种以上。
本申请还提供一种采用如上所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,其中,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的厚度为250-350µm,维氏硬度为600-1000HV,断裂韧性为4-8 MPa×m1/2,孔隙率≤5%。
进一步地,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面粗糙度Ra范围为0.8-3.2µm。
有益效果:本申请采用氢气作为送粉气体,氢气的密度较低,可以在较低压力下输送大量用于***喷涂的涂料粉末,并且氢气具有较高的热导率,有利于在***喷涂过程中更快地传导热量,提高喷涂效率和降低能耗。同时,氢气可以产生还原气氛,有利于降低涂层氧化,喷涂材料不易发生脱碳分解并降低涂层中硬质相的性质变化,可以保证涂层的耐磨性能。氢气还具有较高的燃烧速率,可以在较短时间内产生大量的热量,在作为送粉气体将喷涂材料送入燃烧室后,部分氢气作为燃料气体参与***喷涂过程,有利于在喷涂过程中快速加热粉末,可以提高涂层的附着力和均匀性,所制得的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层具有较高的致密性和硬度。
本申请所提供的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法工艺可控,可以制备大尺寸、复杂的零件表面涂层,在零部件表面耐磨损方面具有重要的应用前景,通过该方法在核电反应堆控制板驱动机构的热套管上制备的综合性能好的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,可以有效避免由于流致振动导致的热套管磨损乃至失效的安全问题,使用寿命平均提高3-5倍。
附图说明
图1为本申请制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的典型压痕照片。
图2为涂层压痕用于计算断裂韧性的压痕参数示意图。
图3为本申请实施例1制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的断面扫描电子显微镜图。
图4为本申请实施例2制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的断面扫描电子显微镜图。
图5为本申请实施例3制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的断面扫描电子显微镜图。
具体实施方式
本申请提供一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层及其制备方法,为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本申请进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本申请提供的一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其中,包括以下步骤:
采用***喷涂,在基材的表面处制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层;
***喷涂中燃料气体为丙烷,助燃气体为氧气,送粉气体为氢气。
本申请采用***喷涂的工艺进行喷涂制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,与等离子喷涂和超音速喷涂技术相比,***喷涂材料以极高的速度喷射,可在较短时间内完成制备,生产效率更高;由于喷涂速度极高,涂料喷射到基材表面时具有很高的动能,使得耐磨涂层和基材之间的附着力增强,结合强度更高,有利于提高涂层的耐用性和保护性能;***喷涂可在相对较低的温度下进行,有利于防止基材因高温发生变形或损坏,并减少热应力对耐磨涂层的影响。
涂层原料为Cr3C2/25NiCr合金粉末,Cr3C2/25NiCr表示合金粉末的化学成分为75%Cr3C2-25%NiCr,其中,Cr3C2作为硬质相,能够提供高的耐磨性;NiCr作为粘结相,能够提供良好的涂层韧性和耐腐蚀性,通过使用在该比例下的Cr3C2/25NiCr合金粉末制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层性能较为平衡,具有良好的耐磨损抗腐蚀等性能,能满足大多数的涂层应用需求,提升工件的使用寿命。
本申请的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层可以应用于核能工程中,故需要Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的性能尽可能好,针对上述问题,在本申请中,***喷涂中燃料气体为丙烷,助燃气体为氧气,送粉气体为氢气。本申请将氢气作为送粉气体,氢气具有较宽的***极限,这样可以选用便利性和安全性更高并且成本效益更好的丙烷作为燃气,并且***条件下丙烷相对乙炔的燃烧温度较低,***火焰温度均匀,避免过热引起碳化物喷涂材料脱碳分解或对基材造成不利影响。氢气还具有高热值,在将喷涂材料送入燃烧室后,部分氢气还与丙烷燃气混合与氧气反应***,有利于提供高能量的热源,使得喷涂材料的熔化和汽化更加充分并提高熔滴的飞行速度和冲击强度。氢气还具有较高的热传导性能,这意味着可以更快速地将热量传递给喷涂材料,促使喷涂材料迅速熔融并保证喷涂材料熔滴的扁平化铺展能力,在冷却凝固后可以提高耐磨涂层的附着力和均匀性,进而得到硬度高并致密的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,还可以降低能耗并有效提高***喷涂的喷涂效率和耐磨涂层质量。
Cr3C2/25NiCr耐磨涂层在厚度较低时难以起到足够的保护作用,而耐磨涂层的厚度不仅与喷涂速度以及***频率相关,还与送粉气体流量有关,送粉气体的流量远低于助燃气体和燃气气体流量时,由于***喷涂枪管结构的设置,会在枪管内形成反压,喷涂材料难以喷出导致所制备的耐磨涂层的厚度太低。
在本申请中,通过将送粉气体的流量设置为20-40L/min可以保证送粉的正常进行。氢气的密度较低,在喷涂过程中,氢气可以在较低压力下以较高的通量和速度通过喷涂枪进行供气以及送粉。氢气也部分参与***喷涂过程,有助于提高涂层的喷涂速度,减少涂层形成的时间,提高生产效率和降低能耗,并且配合氢气较高的热传导性能,氢气保持在该气体流量范围内可以帮助控制喷涂过程中的涂层温度分布,并降低涂层产生热应力的风险,有助于提高涂层的附着力和耐久性。
常规***喷涂中氧燃比控制不好会导致整个喷涂过程处于氧化氛围中,导致喷涂材料或基材氧化,这会改变喷涂材料组成,甚至影响本申请中的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的性质,而且过高的氧燃比还会导致Cr3C2分解为富含铬的产物,如Cr7C3,Cr23C6等,进而影响涂层的硬度以及耐腐蚀性等性能。而当氧气含量较低时,会导致燃料气体燃烧不充分,释放的热量会降低,造成喷涂材料粉末颗粒熔化不完全,且喷涂材料飞行速度不够快导致耐磨涂层出现扁平化不佳的现象,表现在涂层上可能形成非致密的组织结构,最终影响涂层硬度、高温耐磨性等性能。
氧燃比作为影响Cr3C2/25NiCr耐磨涂层性能的主要因素,而惰性气体或压缩空气作为送粉气体在进入燃烧室后会在一定程度上稀释燃气和氧气混合物的浓度并降低***喷涂中实际的氧燃比,这会降低***燃烧能量并影响涂层质量,耐磨涂层容易出现扁平化不佳现象并影响涂层的形态结构。
针对该问题,在本申请中,燃料气体的流量为20-40L/min;助燃气体的流量为40-50L/min。***喷涂设备、枪管参数和喷涂距离都可以影响***喷涂的氧燃比,而根据***喷涂中的燃烧方程式以及喷涂枪管的结构设置,***燃烧主要还是由燃烧室中的丙烷和氧气进行,氢气的耗氧量不高,但同体积的氢气燃烧能够产生三倍于丙烷的热量,能够为***喷涂提供足够的能量,保证喷涂材料熔滴的飞行速度以及对基材表面的冲击强度,喷涂材料熔滴飞行速度可高达800~1200m/s,有利于提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的致密性和硬度。在本申请中,通过调整燃料气体和助燃气体的流量可以将***中心处的实际氧燃比控制在2.0-2.5之间,在该氧燃比下丙烷不完全燃烧,配合氢气的还原性能够保证***喷涂在接近纯还原氛围下进行,可以防止碳化物喷涂材料发生脱碳分解或氧化,减少杂质的产生,保持喷涂材料的原始性质,降低对涂层耐磨性能的不利影响,还能使喷涂过程中的***火焰更加均匀,从而得到更加均匀和致密的涂层结构,提高涂层的质量。
本申请选用的丙烷安全性高不易回火,并且***喷涂的喷涂过程是脉冲式进行,所使用***喷涂设备具有良好的通风***,在脉冲式***喷涂制备完成后还会将干净的氮气送入燃烧室进行清洁后再进行下一轮的循环制备,因此本申请将氢气作为送粉气体对于***喷涂整体的回火风险影响不大。
进一步地,***喷涂中的喷涂距离为250-350mm,喷涂角度为90°,喷涂速度为4-5mm/s。密度较低的氢气具有更高的传递速度,配合燃料气体***喷涂的热值更高,喷涂效率也更高,相应的,整体的气体流量也比较高,为配合整体的气体流量,通过调整喷涂距离为250-350mm,喷涂角度为90°,喷涂速度为4-5mm/s,可以减少喷涂材料熔滴过度的散射或溅射,提高喷涂材料粉末的利用率和喷涂效率,从而提高涂层的均匀分布和覆盖程度,使其更有效地沉积在目标表面上,减少涂层中的空隙和缺陷,有利于涂层良好的形态分布以及表面形貌,形成致密无分层现象的高质量耐磨涂层。
进一步地,***喷涂中的喷枪出口段的材质为氮化硅。丙烷在***喷涂中与氧气反应生成水分,而由于Cr3C2/25NiCr喷涂材料对水反应不敏感,不会对耐磨涂层的组成产生影响,但考虑到添加氢气的送粉气体在喷涂过程会产生额外的水分,如果整体喷涂过程产生过多的水蒸气可能会导致喷涂材料粉末的熔化和冷却过程发生变化,而且还可能会在涂层中形成微小的气孔或裂纹,影响涂层的性能以及孔隙率。针对该问题,可以将喷枪出口段的材质设置为耐高温干燥的氮化硅多孔陶瓷材料,有利于生成的水蒸气迅速逸散,减少对喷涂材料熔滴的影响,保证喷涂形成的涂层形态良好。
进一步地,基材的材质为Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢或因科镍718合金中的一种。因科镍718一般添加有铌元素,与Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢同样具有良好的抗腐蚀性和延展性,与经过***喷涂的高速粒子的结合性更强,高的粘结强度有利于提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的致密度和硬度。
进一步地,在***喷涂之前对基材进行预处理,基材预处理为喷砂、化学清洁和机械研磨中的一种或者两种以上。在***喷涂前对基材表面进行清洁和去除任何污染物(比如油、油脂、铁锈或水垢等),通过喷砂、化学清洁和机械研磨等工艺进行处理以确保基材表面良好的附着力。优选地,喷砂的喷料为氧化铝砂,氧化铝砂的粒径为100µm,喷砂的压缩空气的压强为0.4~0.6MPa,喷砂距离控制在150-300mm之间,通过对基材表面进行表面喷砂粗化处理进一步确保Cr3C2/25NiCr耐磨涂层对基材良好的附着力。
进一步地,化学清洁为用丙酮对基材表面进行超声清洗去除油污,烘干后即得预处理的基材,在超声条件下清洗更加彻底。
进一步地,Cr3C2/25NiCr耐磨涂层在制备后还经过后处理,后处理可以通过研磨、机加工或抛光中的一种的方法精加工涂层表面,加工至满足实际使用的尺寸要求,通过精加工涂层表面还可以提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面光洁度、平整度和表面粗糙度,通过提高耐磨涂层的表面性能可以进一步满足使用需求。进一步地,研磨为通过金刚石或氮化硼砂轮对Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行磨削精加工。更进一步地,在进行精加工前还通过喷砂、喷丸或高压水清洗中的一种方法清除基材表面杂质,可以提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面平整度和光洁度并提高涂层的使用寿命。
进一步地,后处理完成后还经过检查,检查可以采用目测、测厚仪和表面粗糙仪等检测设备进行检查并进行附着力测试。完成清理和研磨抛光后,需要对涂层进行检查,确保涂层厚度、附着力、表面粗糙度等指标符合要求。其中涂层厚度采用测厚仪进行测量,涂层维氏硬度采用HV数字显微硬度计进行测量,断裂韧性根据下式计算:
(Kc/Ha1/2)(H/E)1/2=0.028 (CR/a)-3/2
式中,Kc表示断裂韧性,H表示涂层硬度,E表示杨氏模量,如图1所示,通过硬度仪在涂层表面压出压痕,压痕呈菱形,在压痕顶点有径向裂纹生长延伸出来,如图2所示,CR表示压痕中心到压痕顶点的长度,a表示压痕中心到径向裂纹最远端的直线距离,通过在放大镜下测量CR和a,根据数据可以计算出断裂韧性。
本申请所提供的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法采用氢气作为送粉气体,氢气的密度较低,可以在较低压力下输送大量用于***喷涂的涂料粉末,并且氢气具有较高的热导率,有利于在***喷涂过程中更快地传导热量,提高喷涂效率和降低能耗。同时,氢气可以产生还原气氛,喷涂材料不易发生脱碳分解,有利于降低涂层氧化,氢气还具有较高的燃烧速率,可以在较短时间内产生大量的热量,在将喷涂材料送入燃烧室后,部分氢气作为燃料气体参与***燃烧,有利于在***喷涂过程中快速加热粉末,可以提高涂层的附着力和均匀性。本申请可以在大尺寸、复杂的零件表面制备涂层,所制得的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层综合性能好,还具有较高的致密性和硬度,在零部件表面耐磨损方面具有重要的应用前景。
本申请还提供一种采用如上所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,其中,所制得的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的厚度为250-350µm,维氏硬度为600-1000HV,断裂韧性为4-8 MPa×m1/2,孔隙率≤5%。
进一步地,经过后处理的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面粗糙度在Ra 0.8-3.2µm范围内,可以保持Cr3C2/25NiCr耐磨涂层良好的表面特性,进一步延长Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的使用寿命。
本申请的提供的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层孔隙率低,与基材的结合强度高,该耐磨涂层还具有硬度高,综合性能好的特点,在零部件表面耐磨损方面具有重要的应用前景。
本申请如上所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层还可以应用在核反应堆的控制棒驱动线中。在核反应堆中,控制棒驱动线的热套管由于受到回路介质流致振动影响,导致其上部端头法兰与CRDM管座接触处存在间断碰磨的状态,因此对于涂层的特性要求较高,而本申请可以通过在控制棒驱动线的热套管法兰和CRDM管座的接触处制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,该Cr3C2/25NiCr耐磨涂层具有优良的硬度和耐磨性,同时具有良好的韧性,涂层不会开裂脱落并能够有效保护热套管法兰和CRDM管座,避免流致振动导致的热套管磨损乃至失效的安全问题,最终实现提高反应堆的安全性,降低出现弹棒的风险。
以下通过具体实施例对本申请作进一步说明
性能检测:可以采用目测、测厚仪、表面粗糙度仪等检测设备进行检查。其中Cr3C2/25NiCr耐磨涂层厚度需满足250-350µm范围内,涂层维氏硬度(HV)需满足600-1000的要求,断裂韧性(MPa×m1/2)需满足4-8的要求,孔隙率需满足≤5%的要求。
制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层厚度采用测厚仪进行测量,Cr3C2/25NiCr耐磨涂层维氏硬度采用HV数字显微硬度计进行测量,断裂韧性根据下式计算:(Kc/Ha1/2)(H/E)1/2=0.028 (CR/a)-3/2,Kc表示断裂韧性,H表示涂层硬度,E表示杨氏模量,通过硬度仪在涂层表面压出压痕,压痕呈菱形,在压痕顶点会有径向裂纹生长延伸出来,CR表示压痕中心到压痕顶点的长度,a表示压痕中心到径向裂纹最远端的直线距离,通过在放大镜下测量CR和a,根据数据可以计算出断裂韧性。
实施例1
表面预处理:工件基材采用Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢,试样尺寸为:Ф24mm×8mm与Ф6.35mm×25.4mm,喷涂前先对工件基材表面进行表面喷砂粗化处理,以确保良好的附着力,压缩空气的压强为0.5MPa,所用氧化铝砂的粒径为100µm,喷砂距离控制在200mm,再用丙酮对基材表面进行超声清洗去除油污,然后烘干,即得预处理的基体。
制备涂层:在每次***之前,首先将一定比例的氧气和丙烷可燃混合气体由送气口送入喷枪的点火室,然后涂料粉末由送粉气体氢气通过送粉口送入燃烧室,接着通过火花塞点火使可燃混合气体迅速燃烧并发生***,其热能使喷涂的涂料粉末加热到熔化或熔融状态,喷枪口的粉末颗粒以很高的速度喷射到工件基材表面形成Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,制备完成后将干净的氮气送入燃烧室进行清洁,为下一次制备工作做准备,以便重复该循环。实施例1的***喷涂具体工艺参数如表1所示:
表1
***频率(次/s) | 6 |
喷涂距离(mm) | 250 |
喷涂角度 | 90° |
燃料气体C3H8(L/min)(L/MIN) | 20 |
氧气(L/min) | 42 |
送粉气体(H2)(L/min) | 20 |
喷涂速度(mm/s) | 4 |
涂层厚度(µm) | 340 |
后处理:***喷涂完成后,通过金刚石或立方氮化硼砂轮对Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行磨削精加工,以获得所需的尺寸和提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面光洁度和平整度。
检查:完成清理和研磨抛光后,采用目测、测厚仪和表面粗糙仪等检测设备对实施例1的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行检查并进行附着力测试,确保涂层厚度、附着力、表面粗糙度等指标符合要求。
实施例1制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层性能参数如表2所示:
表2
涂层 | 粉末商标 | 涂层厚度(µm) | 涂层硬度(HV0.3) | 断裂韧性(MPa×m1/2) | 孔隙率(%) |
Cr3C2/25NiCr | CDS5260 Lot 210192 | 320 | 816 | 6.7 | 3 |
实施例2
表面预处理:工件基材采用Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢,试样尺寸为:Ф24mm×8mm与Ф6.35mm×25.4mm,喷涂前先对工件基材表面进行表面喷砂粗化处理,以确保良好的附着力,压缩空气的压强为0.5MPa,所用氧化铝砂的粒径为100µm,喷砂距离控制在200mm,再用丙酮对基材表面进行超声清洗去除油污,然后烘干,即得预处理的基体。
制备涂层:在每次***之前,首先将一定比例的氧气和丙烷可燃混合气体由送气口送入喷枪的点火室,然后涂料粉末由送粉气体氢气通过送粉口送入燃烧室,接着通过火花塞点火使可燃混合气体迅速燃烧并发生***,其热能使喷涂的涂料粉末加热到熔化或熔融状态,喷枪口的粉末颗粒以很高的速度喷射到工件基材表面形成Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,制备完成后将干净的氮气送入燃烧室进行清洁,为下一次制备工作做准备,以便重复该循环。实施例2的***喷涂具体工艺参数如表3所示:
表3
***频率(次/s) | 6 |
喷涂距离(mm) | 300 |
喷涂角度 | 90° |
燃料气体C3H8(L/min)(L/MIN) | 20 |
氧气(L/min) | 42 |
送粉气体(H2)(L/min) | 20 |
喷涂速度(mm/s) | 4.5 |
涂层厚度(µm) | 300 |
后处理:***喷涂完成后,通过金刚石或立方氮化硼砂轮对Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行磨削精加工,以获得所需的尺寸和提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面光洁度和平整度。
检查:完成清理和研磨抛光后,采用目测、测厚仪和表面粗糙仪等检测设备对实施例2的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行检查并进行附着力测试,确保涂层厚度、附着力、表面粗糙度等指标符合要求。
实施例2制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层性能参数如表4所示:
表4
涂层 | 粉末商标 | 涂层厚度(µm) | 涂层硬度(HV0.3) | 断裂韧性(MPa×m1/2) | 孔隙率(%) |
Cr3C2/25NiCr | CDS5260 Lot 210192 | 300 | 767 | 7.3 | 3 |
实施例3
表面预处理:工件基材采用Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢,试样尺寸为:Ф24mm×8mm与Ф6.35mm×25.4mm,喷涂前先对工件基材表面进行表面喷砂粗化处理,以确保良好的附着力,压缩空气的压强为0.5MPa,所用氧化铝砂的粒径为100µm,喷砂距离控制在200mm,再用丙酮对基材表面进行超声清洗去除油污,然后烘干,即得预处理的基体。
制备涂层:在每次***之前,首先将一定比例的氧气和丙烷可燃混合气体由送气口送入喷枪的点火室,然后涂料粉末由送粉气体氢气通过送粉口送入燃烧室,接着通过火花塞点火使可燃混合气体迅速燃烧并发生***,其热能使喷涂的涂料粉末加热到熔化或熔融状态,喷枪口的粉末颗粒以很高的速度喷射到工件基材表面形成Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,制备完成后将干净的氮气送入燃烧室进行清洁,为下一次制备工作做准备,以便重复该循环。实施例3的***喷涂具体工艺参数如表5所示:
表5
***频率(次/s) | 6 |
喷涂距离(mm) | 320 |
喷涂角度 | 90° |
燃料气体C3H8(L/min)(L/MIN) | 20 |
氧气(L/min) | 42 |
送粉气体(H2)(L/min) | 20 |
喷涂速度(mm/s) | 4.8 |
涂层厚度(µm) | 280 |
后处理:***喷涂完成后,通过金刚石或立方氮化硼砂轮对Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行磨削精加工,以获得所需的尺寸和提高Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面光洁度和平整度。
检查:完成清理和研磨抛光后,采用目测、测厚仪和表面粗糙仪等检测设备对实施例3的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层进行检查并进行附着力测试,确保涂层厚度、附着力、表面粗糙度等指标符合要求。
实施例3制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层性能参数如表6所示:
表6
涂层 | 粉末商标 | 涂层厚度(µm) | 涂层硬度(HV0.3) | 断裂韧性(MPa×m1/2) | 孔隙率(%) |
Cr3C2/25NiCr | CDS5260 Lot 210192 | 280 | 885 | 7.0 | 4 |
现有技术中***喷涂制备的Cr3C2/25NiCr涂层的维氏硬度一般为500-800HV,相比现有技术,通过本申请的制备方法可以制备得到硬度更高,断裂韧性和耐磨性更好的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层。应当理解的是,本申请的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
采用***喷涂,在基材的表面处制备Cr3C2/25NiCr耐磨涂层;
所述***喷涂中燃料气体为丙烷,助燃气体为氧气,送粉气体为氢气。
2.根据权利要求1所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述送粉气体的流量为20-40L/min。
3.根据权利要求2所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述燃料气体的流量为20-40L/min;所述助燃气体的流量为40-50L/min。
4.根据权利要求1-3任一项所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述***喷涂中的喷涂距离为250-350mm,喷涂角度为90°,喷涂速度为4-5mm/s。
5.根据权利要求4所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述***喷涂中的喷枪出口段的材质为氮化硅。
6.根据权利要求1所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述基材为Z2CN19-10控氮奥氏体不锈钢或因科镍718合金中的一种。
7.根据权利要求1所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,在所述***喷涂之前对所述基材进行预处理,所述预处理为喷砂、化学清洁和机械研磨中的一种或者两种以上;所述喷砂的喷料为氧化铝砂,所述氧化铝砂的粒径为100µm;所述化学清洁在超声下进行,所述化学清洁的试剂为丙酮。
8.根据权利要求1所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法,其特征在于,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层在制备后还经过后处理,所述后处理为研磨、机加工或抛光中的一种;所述后处理完成后还经过检查,所述检查为目测、测厚仪检测和表面粗糙仪检测中的一种或两种以上。
9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的制备方法制备的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,其特征在于,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的厚度为250-350µm,维氏硬度为600-1000HV,断裂韧性为4-8 MPa×m1/2,孔隙率≤5%。
10.根据权利要求9所述的Cr3C2/25NiCr耐磨涂层,其特征在于,所述Cr3C2/25NiCr耐磨涂层的表面粗糙度Ra范围为0.8-3.2µm。
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