耐磨复合喷涂微粉和耐磨复合涂层及其制备方法

摘要

本发明提供一种耐磨复合喷涂微粉，它包括下述质量百分数的原料：立方氮化硼复合微粉27%～60%、金属耐磨助剂1%～3%、Co微粉37%～70%，其中所述金属耐磨助剂由质量比为（3～5）：1的Cr微粉和Mo微粉组成；所述立方氮化硼复合微粉中钛的质量百分数为3%～8%。本发明还提供一种耐磨复合喷涂微粉的制备方法和由该耐磨复合喷涂微粉制得的耐磨复合涂层，该制备方法工艺简单，易于实现自动化生产；该耐磨复合涂层耐磨性能优异、与基体结合力强，延长了喷涂有所述耐磨复合涂层的工件使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，具体的说，涉及了一种耐磨复合喷涂微粉和耐磨复合涂层及其制备方法。

背景技术

在工业制造行业中，许多工件由于表面的局部磨损、腐蚀等问题而引起表面失效，如模具钢的磨损、矿业冶金行业中钢板的磨损问题、火力发电厂管道内壁的磨损、风轮机的叶片、建材破碎设备等，都会因为工件表面磨损、腐蚀等问题导致设备要经常进行维修甚至直接报废，从而造成巨大的经济损失。现有技术中，通常采用热喷涂法或电镀法在工件表面涂覆一层如金刚石、立方氮化硼等材料的超硬耐磨层，但由于单一的金刚石、立方氮化硼与基体之间润湿性差，导致涂层与基体的结合力较弱，同时，在热喷涂工艺中，单一的立方氮化硼微粉易发生相变，且很难与基体形成紧密结合界面，直接影响着涂层的使用性能。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种层间结合力强、耐磨耐腐蚀性能好及热稳定性能好的耐磨复合喷涂微粉和耐磨复合涂层及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种耐磨复合喷涂微粉，它包括下述质量百分数的原料：

立方氮化硼复合微粉27%～60%、金属耐磨助剂1%～3%、Co微粉37%～70%，其中所述金属耐磨助剂由质量比为（3～5）：1的Cr微粉和Mo微粉组成，所述立方氮化硼复合微粉是将钛层包裹在立方氮化硼微粉上制得的，且所述立方氮化硼复合微粉中钛的质量百分数为3%～8%。

基于上述，所述耐磨复合喷涂微粉是通过以下步骤制得的：

首先提供一种立方氮化硼复合微粉；

然后按照上述质量比将所述立方氮化硼复合微粉、所述金属耐磨助剂和所述Co微粉进行混合制得混合原料微粉；

最后将所述混合原料微粉与去离子水和有机溶剂进行混合、造粒得到混合小球；并在氢气气氛和1100℃～1500℃温度下将所述混合小球进行烧结15 min～20min制得耐磨复合喷涂微粉。

基于上述，所述混合原料微粉、所述去离子水、所述有机溶剂的质量比为1000：（800～1200）：（1～2）。

基于上述，所述立方氮化硼复合微粉粒度为5微米～15微米。

基于上述，所述耐磨复合喷涂微粉粒度为30微米～60微米。

本发明还提供一种耐磨复合涂层的制备方法，其步骤包括：将上述耐磨复合喷涂微粉采用低压等离子喷涂法喷涂在预喷涂基体表面，制得耐磨复合涂层。

本发明还提供一种由上述制备方法制得的耐磨复合涂层，其特征在于，它包括用于承载耐磨复合涂层的预喷涂基体和沉积在所述预喷涂基体表面的所述耐磨复合涂层，其中，所述预喷涂基体为铸铁基体、45#钢基体或模具钢基体。

基于上述，所述耐磨复合涂层的厚度为0.5 mm～2 mm。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明采用表面涂覆有金属钛的立方氮化硼微粉为喷涂原料，利用镀覆在立方氮化硼晶体表面的金属钛缓解了单一的立方氮化硼与金属基体材料之间存在的热膨胀系数大和浸润性较差的问题，并且有效避免了喷涂过程中立方氮化硼微粉发生六方晶型转变，保留了立方氮化硼特有的高硬度、耐磨性能好。同时，该工艺采用有Cr微粉和Mo微粉组成的金属耐磨助剂和作为金属粘结剂的金属Co微粉，能够利用较高的热喷涂温度进行喷涂使得金属粘结剂融化更加彻底充分发挥了金属粘结剂的粘结作用，从而增加了涂层内部的结合力。同时在立方氮化硼微粉表面涂覆金属钛，使得由该微粉制得的耐磨复合涂层的抗高温氧化能力更强，最高使用温度可以达到900℃，大大增加了喷涂有该耐磨复合涂层的钢材表面的耐磨性、加强了设备表面抗腐蚀的能力从而延长设备的使用寿命、降低了维修费用、提高工业生产效率。本发明所提供的制备方法工艺简单、易于实现自动化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种耐磨复合喷涂微粉，它包括下述质量百分数的原料：

立方氮化硼复合微粉60%、金属耐磨助剂3%、Co微粉37%，其中所述金属耐磨助剂由质量比为5：1的Cr微粉和Mo微粉组成，所述立方氮化硼复合微粉是将钛层包裹在立方氮化硼微粉上制得的，且所述立方氮化硼复合微粉中钛的质量百分数为8%。

上述耐磨复合喷涂微粉是通过以下步骤制得的：

首先采用化学蒸镀法，在立方氮化硼微粉表面镀覆一层金属钛层从而制得粒度为5微米～15微米的立方氮化硼复合微粉；

然后按照上述质量比将所述立方氮化硼复合微粉、所述金属耐磨助剂和所述Co微粉进行混合制得混合原料微粉；

最后按照1000：1000：1的质量比将所述混合原料微粉、去离子水和有机溶剂进行混合、造粒得到混合小球；并在氢气气氛和1500℃温度下对所述混合小球进行烧结15 min后，经研磨、筛分处理从而制得粒度为30微米～40微米的耐磨复合喷涂微粉。

本发明还提供一种耐磨复合涂层的制备方法，其步骤包括：将所述耐磨复合喷涂微粉采用低压等离子喷涂法喷涂在预喷涂基体表面，制得厚度为2 mm的耐磨复合涂层，其中，所述预喷涂基体为45#钢基体、所述立方氮化硼复合微粉的粒径为5微米～15微米。

本实施例还提供了一种由上述制备方法制得的耐磨复合涂层，它包括用于承载所述耐磨复合涂层的45#钢基体以及喷涂在所述45#钢表面的耐磨复合涂层。

实施例2

本实施例提供了一种耐磨复合喷涂微粉，它包括下述质量百分数的原料：

立方氮化硼复合微粉50%、金属耐磨助剂1%、Co微粉49%，其中所述金属耐磨助剂由质量比为3：1的Cr微粉和Mo微粉组成，所述立方氮化硼复合微粉是将钛层包裹在立方氮化硼微粉上制得的，且所述立方氮化硼复合微粉中钛的质量百分数为3%。

本实施例还提供一种耐磨复合喷涂微粉的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。本实施例还提供一种耐磨复合涂层的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

本实施例还提供一种由上述制备方法制得的耐磨复合涂层，具体结构与实施例1中的耐磨复合涂层结构大致相同，不同之处在于：

所述预喷涂基体为模具钢基体，所述金属钛的质量占所述立方氮化硼微粉质量的3%，所述耐磨复合涂层的厚度为1.5mm。

实施例3

本实施例提供了一种耐磨复合喷涂微粉，它包括下述质量百分数的原料：

立方氮化硼复合微粉27%、金属耐磨助剂3%、Co微粉70%，其中所述金属耐磨助剂由质量比为4：1的Cr微粉和Mo微粉组成，所述立方氮化硼复合微粉是将钛层包裹在立方氮化硼微粉上制得的，且所述立方氮化硼复合微粉中钛的质量百分数为5%。

本实施例还提供一种耐磨复合喷涂微粉的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。本实施例还提供一种耐磨复合涂层的制备方法，具体步骤与实施例1中的步骤相同。

本实施例还提供一种由上述制备方法制得的耐磨复合涂层，

具体结构与实施例1中的耐磨复合涂层结构大致相同，不同之处在于：

所述预喷涂基体为铸铁基体、所述金属钛的质量占所述立方氮化硼微粉质量的5%。所述耐磨复合涂层的厚度为1.5mm。

性能测试

分别对实施例1～3所制得的耐磨复合涂层进行维氏硬度、层间结合力、掺杂有金属钛的立方氮化硼复合涂层中的六方氮化硼进行检测，检测结果如表1所示。由表中可以看出，实施例1～3所提供的所述耐磨复合涂层均具有较高的维氏硬度和较强的层间结合力，同时在所述耐磨复合涂层中均未发现有六方氮化硼成分，从而验证了表面镀覆的金属钛可以防止立方氮化硼微粉在喷涂过程中发生六方晶型相变。

表1、实施例1～3提供的耐磨复合涂层性能检测

维氏硬度层间结合力六方氮化硼含量实施例1195085 Mpa无实施例2185080 Mpa无实施例3190072 Mpa无

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。