本發明涉及一種表面涂層的制造領域，具體涉及一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層及制備方法。
背景技術：
：熱浸鍍鋅材料已廣泛應用于交通、冶金、建材、通訊、電力等各個領域，但是由于鋅液對幾乎所有的金屬具有強烈的腐蝕性，鍍鋅生產線上與液態鋅直接接觸的部件(沉沒輥、導向輥，支撐輥)等的壽命成為鍍鋅行業的難題。由于金屬陶瓷涂層易于修復且繼承了陶瓷材料優良的耐腐蝕和耐磨損性能以及金屬材料的良好韌性，金屬陶瓷涂層在鍍鋅生產線得到了廣泛應用，其中典型的有WC/Co系列、MoB/CoCr系列等，但是W和Mo等粉末價格相對較高且在熱噴涂過程中，WC系列粉末容易發生脫碳和相的分解，形成W2C和η相(Co3W3C、Co6W6C)等脆性相使得涂層的耐磨粒磨損性能和斷裂韌性等性能顯著降低，間接地降低了涂層的使用壽命，當服役溫度為540℃及以上時，涂層失效更快。相比于普通火焰噴涂方法，超音速火焰噴涂(HVOF)的焰流速度高，焰流溫度低，噴涂粒子在空中停留時間短，從而粒子氧化程度低，因此非常適合制備金屬陶瓷涂層?；钚匀紵咚偃細鈬娡抗に?AC-HVAF)是近幾年發展起來的一種新型超音速火焰噴涂工藝，其特點是通過燃料在壓縮空氣中燃燒產生高速氣流加熱粉末，粉末被加熱到熔融狀態，并將粉末加速到700m/s以上，撞擊基底形成涂層，與傳統超音速火焰噴涂相比，其噴涂速率提高了5～10倍，且涂層具有極高致密度和極低氧化物等優良特點。因此，研發一種適合我國生產現狀、資源現狀、成本低廉并且組織以及性能穩定性優異的耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層，具有非常重要的意義。技術實現要素：針對現有耐鋅液腐蝕材料存在的上述技術問題，本發明提供一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層及其制備方法。本發明的技術方案是：一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層，由如下按質量百分比計的組分構成：Co8～17％，FeB余量；優選為Co10～14％，FeB余量；更優選為Co11～13％，FeB余量；最優選為Co12％，FeB余量。上述的FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層的制備方法，其特征在于，采用活性燃燒高速燃氣噴涂(AC-HVAF)，包括如下步驟：(1)以粒度均為0.1～10μm的Co粉和單相FeB粉(純度為99.99％)為原材料，所述原料按如下質量百分比混合：Co8～17％，FeB余量；或Co10～14％，FeB余量；或Co11～13％，FeB余量；或Co12％，FeB余量；(2)向上述混合粉末中加入聚乙二醇(PEG)，其與粉末的質量比為1:80～120，然后經行星式球磨機濕磨混粉6～10小時，其中球磨機轉速為200～250r/min，球料比為3～4:1，球配比為2～3:1，濕磨介質為無水乙醇；(3)將混合均勻的粉末置于真空干燥箱中80～100℃干燥8～10h；(4)將充分干燥的粉末置于真空燒結爐內進行燒結，在室溫至420～450℃溫度段升溫速度為2～4℃/min，且在300～340℃和420～450℃分別保溫70～100min進行脫膠，在420～450℃至1250～1300℃燒結階段，升溫速率為9～11℃/min，且在1160～1200℃保溫120～150min，使得在球磨過程中產生的亞穩相Fe3B轉變為穩定相Fe2B，在1250～1300℃保溫150～180min，實現燒結胚體的致密化；(5)將燒結完成的胚體經過破碎、研磨、篩分獲得300目的篩下物，最后再通過篩分去除低于400目的粉末粒子，從而獲得平均粒徑為40μm的噴涂粉末。(6)采用活性燃燒高速燃氣噴涂(AC-HVAF)技術制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。本發明的有益效果是：(1)本發明以Co粉和單相FeB粉為原材料，經過球磨、燒結、研磨和活性燃燒高速燃氣噴涂等工藝制備金屬陶瓷涂層，基材為316L不銹鋼。(2)本發明所得FeB/Co涂層在鋅液中具有良好的耐鋅液腐蝕性能；本發明的金屬陶瓷涂層孔隙率≤4.16％，涂層硬度HV≥328.87，涂層結合強度≥38MPa。本發明的金屬陶瓷涂層耐鋅液腐蝕和耐磨性能好，具有良好的抗熱震性能。(3)本發明所得FeB/Co涂層具有優良的耐磨粒磨損性能，其耐磨粒磨損性能相對于316L不銹鋼基體提高10倍以上。本發明原材料資源豐富，成本相對較低，制備工藝簡單，在熱鍍鋅工業中擁有可觀的應用前景。附圖說明圖1為實施例1涂層的微觀組織形貌。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細描述，但本發明并不限于此。實施例1一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層，由如下按質量百分比計的組分構成：Co8％，FeB余量。其制備方法如下：(1)粒度均為0.1～10μm的Co粉和單相FeB粉為原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其與粉末質量比為1:90，兩種粉末經行星式球磨機濕磨混粉7h，其中球磨機轉速為210r/min，球料比為3:1，球配比為2:1，濕磨介質為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進行80℃干燥，干燥時間為8h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結爐內進行燒結，在室溫至420℃溫度段升溫速度為2℃/min，且在300℃和420℃分別保溫80min進行脫膠，在420℃至1250℃燒結階段，升溫速率為9℃/min，且在1160℃保溫120min,使得在球磨過程中產生的亞穩相Fe3B轉變為穩定相Fe2B，在1250℃保溫150min，實現燒結胚體的致密化。(4)將燒結完成的胚體經過破碎、研磨、篩分獲得300目的篩下物，最后再通過篩分去除低于400目的粉末粒子，從而獲得平均粒徑為40μm的噴涂粉末。(5)采用AC-HVAF技術制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。實施例2一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層，由如下按質量百分比計的組分構成：Co12％，FeB余量。其制備方法如下：(1)粒度均為0.1～10μm的Co粉和單相FeB粉為原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其與粉末質量比為1:100，兩種粉末經行星式球磨機濕磨混粉8h，其中球磨機轉速為220r/min，球料比為4:1，球配比為2:1，濕磨介質為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進行100℃干燥，干燥時間為9h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結爐內進行燒結，在室溫至430℃溫度段升溫速度為3℃/min，且在320℃和430℃分別保溫80min進行脫膠，在430℃至1250℃燒結階段，升溫速率為10℃/min，且在1180℃保溫120min,使得在球磨過程中產生的亞穩相Fe3B轉變為穩定相Fe2B，在1250℃保溫160min，實現燒結胚體的致密化。(4)將燒結完成的胚體經過破碎、研磨、篩分獲得300目的篩下物，最后再通過篩分去除低于400目的粉末粒子，從而獲得平均粒徑為40μm的噴涂粉末。(5)采用AC-HVAF技術制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。實施例3一種FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層，由如下按質量百分比計的組分構成：Co17％，FeB余量。其制備方法如下：(1)粒度均為0.1～10μm的Co粉和單相FeB粉為原材料，球磨前，向粉末中加入PEG，其與粉末質量比為1:110，兩種粉末經行星式球磨機濕磨混粉9h，其中球磨機轉速為240r/min，球料比為3:1，球配比為3:1，濕磨介質為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進行90℃干燥，干燥時間為10h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結爐內進行燒結，在室溫至450℃溫度段升溫速度為2℃/min，且在330℃和440℃分別保溫80min進行脫膠，在440℃至1250℃燒結階段，升溫速率為11℃/min，且在1200℃保溫130min,使得在球磨過程中產生的亞穩相Fe3B轉變為穩定相Fe2B，在1250℃保溫180min，實現燒結胚體的致密化。(4)將燒結完成的胚體經過破碎、研磨、篩分獲得300目的篩下物，最后再通過篩分去除低于400目的粉末粒子，從而獲得平均粒徑為40μm的噴涂粉末。(5)采用AC-HVAF技術制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。比較例為了與本發明所述的涂層耐磨粒磨損性能做對比，選用316L不銹鋼作為比較例。材料由北京中金研有限公司提供。將三種涂層分別置于盛有450℃鋅液的不同石墨坩堝中進行耐鋅液腐蝕性能試驗，利用坩堝電阻爐進行加熱保溫，分別腐蝕24h、72h、120h、168h后將樣品取出，利用掃描電子顯微鏡(SEM)分析合金的腐蝕界面的組織形貌，并用能譜儀(EDS)測定合金組成相的化學成分。測量涂層表面的孔隙率、涂層截面的硬度和涂層的結合強度。采用“失重法”測量涂層和基底的耐磨粒磨損性能。圖1為本發明方法制備的FeB-12Co涂層微觀組織形貌。三種成分的涂層在450℃液鋅腐蝕24h并沒有明顯反應，說明涂層和鋅液潤濕性很差。實施例1-3涂層經120h腐蝕后，3種涂層局部均發生了腐蝕，腐蝕產物為FeZn13腐蝕沿著裂紋進行導致涂層剝落并漂移到鋅液中。Co8％時，涂層疏松多孔，不耐鋅液腐蝕，Co17％時，由于Co作為粘結劑不耐鋅液腐蝕，Co12％時，涂層耐鋅液腐蝕性能最好，因此Co的含量影響了涂層耐鋁液腐蝕性能的好壞。表1為涂層孔隙率、硬度、結合強度值。由表可知涂層孔隙率隨著Co含量的增加而降低，涂層硬度先增加后降低，涂層的結合強度增加。這主要是由于噴涂粒子中粘結相含量越高，粒子撞擊基體時平攤效果更好，從而粒子與粒子之間的孔隙更小粒子與基體結合也更緊密；Co8％時，涂層孔隙率高導致涂層硬度低，Co17％時，此時涂層雖然具有低的孔隙率，但是涂層中軟韌相增多硬質相減少，涂層硬度降低。表1Fe/Co涂層孔隙率、硬度、結合強度值涂層序號孔隙率硬度結合強度實施例14.16328.8738實施例21.56517.7049實施例31.38505.5253三種涂層表面的磨損機制都為典型的磨粒磨損，表面都出現較明顯的磨坑，而316L不銹鋼表面產生較明顯的“犁溝”，這屬于典型的塑性材料磨損形式，實施例1涂層表面缺陷多，磨損過程中易產生涂層粒子的剝落，實施例2涂層相對于其它兩種涂層表面磨坑少而淺且未出現切削痕跡，實施例3涂層粘結相含量高，粘結相容易被磨粒切削。表2為實施例1-3涂層和316L不銹鋼磨粒磨損實驗樣品質量隨橡膠輪轉數的變化規律。每個樣先預磨300轉，再以每輪300轉正式磨5輪，由表可知，基體316L不銹鋼的每輪磨損量較大且基本保持不變，三種涂層的耐磨粒磨損性能都遠優于基體且在磨損初期失重量較大隨后趨于平穩。表2樣品質量(mg)隨橡膠輪轉數(r)的變化規律本發明的金屬陶瓷涂層組織致密，與基材結合強度高，耐鋅液腐蝕和耐磨性能好，并且制備成本低，工藝簡單，具有很好的應用前景。當前第1頁1 2 3