本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是涉及一種耐磨損防護(hù)涂層用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲及其制備。

背景技術(shù)：

自反應(yīng)電弧噴涂是現(xiàn)代材料合成的新技術(shù)自蔓延高溫合成法(SHS)與傳統(tǒng)技術(shù)電弧噴涂相結(jié)合形成的一種新的技術(shù)，該技術(shù)不再只是像傳統(tǒng)電弧噴涂一樣把現(xiàn)有的材料熔化噴涂于基體上形成涂層，而是利用電弧放熱熔化原料，在原料內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的性能優(yōu)異的物質(zhì)，使形成的新物質(zhì)噴涂在基體上形成理想的涂層。應(yīng)用這種技術(shù)的關(guān)鍵是焊絲材料，該技術(shù)所利用的焊絲材料一般是高放熱體系，使反應(yīng)熱和電弧產(chǎn)生的熱量共同作用于待噴涂材料，產(chǎn)生新的性能突出的新材料，同時(shí)由于反應(yīng)熱的出現(xiàn)可提高噴涂溫度，使涂層的結(jié)合能力更好。

工業(yè)生產(chǎn)中各種機(jī)械設(shè)備失效的最大因素之一是磨損問(wèn)題,這些問(wèn)題都是一種使工作表面失效的過(guò)程,尤其是工業(yè)中的大型鋼構(gòu)件的表面失效會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。電弧噴涂陶瓷顆粒強(qiáng)化的鋁基涂層，由于其優(yōu)秀的抗摩擦磨損性能和抗氧化性能被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、最有效的大型鋼結(jié)構(gòu)有效防護(hù)涂層之一。電弧噴涂工藝既可以修復(fù)已失效的舊工件,也可以在新工件投入工作前進(jìn)行強(qiáng)化預(yù)保護(hù)，也可以二者兼用。如何改進(jìn)現(xiàn)有的電弧噴涂技術(shù)，發(fā)展具有良好的摩擦磨損性能，涂層綜合質(zhì)量高，壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉的新型電弧噴涂焊絲，是十分重要的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨損防護(hù)涂層用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲及其制備，其藥芯組分種類(lèi)少，制備工藝簡(jiǎn)單，得到的焊絲質(zhì)量穩(wěn)定，制備成本低。該藥芯焊絲可制備原位生成的亞微米級(jí)TiB₂顆粒強(qiáng)化的鋁基涂層，涂層平整致密，與金屬基體結(jié)合良好，具有良好的耐磨性能和抗氧化性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域中的表面磨損防護(hù)和工件修復(fù)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲，具有外皮和填充在外皮內(nèi)的藥芯，所述外皮為1系鋁合金；所述藥芯為所述藥芯焊絲質(zhì)量的23％-38％；

所述藥芯種各成分按重量百分比如下：Ti：67-73％，B₄C：25-30％，余量活性炭。

所述的一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲，所述1系鋁合金為含鋁99％以上，厚度為0.1-0.6mm。

所述的一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲，所述的活性炭為200-400目的果殼炭。

所述的一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲，所述藥芯中Ti和B₄C的質(zhì)量比為2.6-2.2:1。

所述的一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲，所述藥芯焊絲的橫截面直徑為1.5mm-2.3mm。

一種所述耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲的制備，將藥芯中各成分按比例混合均勻，將鋁合金延其長(zhǎng)度方向壓成U型槽狀，然后將混合均勻的藥芯置于鋁合金U型槽內(nèi)，通過(guò)軋輥使U型槽閉合包裹住藥芯，軋制成截面為O形的絲材，再經(jīng)拔絲模逐步拉拔，減徑至所需尺寸，即得藥芯焊絲。

一種所述耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲在電弧噴涂中的應(yīng)用。

所述的應(yīng)用，所述藥芯焊絲用于噴涂厚度大于1mm厚的鋼板。

所述的應(yīng)用，所述藥芯焊絲在電弧噴涂的條件為：噴涂電流40-140A，噴涂電壓25-38V，噴涂距離180-300mm，噴涂氣壓>0.6MPa。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提供的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲，能夠制備出TiB₂-TiC雙相陶瓷顆粒增強(qiáng)的鋁基涂層。由于TiB₂和TiC是在噴涂過(guò)程由Ti和B₄C原位反應(yīng)而生成的，增強(qiáng)顆粒為亞微米級(jí)別，均勻分布于鋁基涂層中，并與鋁界面結(jié)合良好，導(dǎo)致該涂層具有優(yōu)良的力學(xué)性能，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，并具有良好的摩擦磨損性能，優(yōu)異的抗氧化性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的表面耐磨損防護(hù)和失效工件修復(fù)。

2、本發(fā)明提供的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲，可通過(guò)調(diào)節(jié)焊絲加料系數(shù)和電弧噴涂工藝參數(shù)生成不同陶瓷含量增強(qiáng)相的鋁基涂層，可滿(mǎn)足冶金工業(yè)中多種環(huán)境條件下的表面防護(hù)需求，保護(hù)效果好。

3、本發(fā)明提供的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲，由于藥芯組分種類(lèi)少，工藝簡(jiǎn)單，焊絲質(zhì)量穩(wěn)定，制備成本低。

4、本發(fā)明提供的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲，由于是在自反應(yīng)電弧噴涂技術(shù)中應(yīng)用，充分利用藥芯組分的自蔓延高溫合成機(jī)理，確保了該技術(shù)和同類(lèi)熱噴涂技術(shù)相比具有能源利用率非常高，以及涂層生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)藥芯焊絲在電弧噴涂中應(yīng)用所形成的典型涂層表面形貌；(A)宏觀(guān)表面數(shù)碼相，(B)表面微觀(guān)掃描電鏡相。

圖2為實(shí)施例1耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)藥芯焊絲在電弧噴涂中應(yīng)用所形成的典型涂層截面形貌；(A)低倍截面形貌，(B)高倍截面形貌。

圖3實(shí)施例1-3的耐磨損防護(hù)用藥芯焊絲在電弧噴涂中應(yīng)用所形成的涂層成分相分析。(a)實(shí)施例1，(b)實(shí)施例2，(c)實(shí)施例例3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲

(一)由外皮和填充在外皮內(nèi)的藥芯構(gòu)成，外皮采用(寬×厚)7×0.4mm的帶狀鋁合金1050，其化學(xué)成分為:Al 99.50％,Si≤0.25％,Cu≤0.05％,Mg≤0.05％,Zn≤0.05％,Mn≤0.05％,Ti≤0.03％,V≤0.05％,Fe 0.000～0.400％。

藥芯占整個(gè)藥芯焊絲重量的34％。藥芯中各成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，Ti：68.5.0％，B₄C：29.5％，余量為活性炭。

(二)制備方法：

按比例將藥芯各成分混合均勻后待用；將帶狀鋁合金置于焊絲成型機(jī)內(nèi)并延其長(zhǎng)度方向壓成“U”型槽狀(即橫截面為U型)；之后將待用的藥芯混合料注入鋁合金的“U”型槽內(nèi)，通過(guò)軋輥使鋁合金的“U”型槽的槽端閉合包裹住藥芯，軋制成橫截面為“O”形的絲材，再經(jīng)拔絲模逐步拉拔，將絲材的直徑減至2.0mm，即成所需的耐磨損涂層用藥芯焊絲。

(三)將本實(shí)施例中制得的藥芯焊絲在D01鋼表面進(jìn)行電弧噴涂，噴涂工藝參數(shù)：I＝90-100A、U＝35V、噴涂氣壓0.75MPa、噴涂持續(xù)時(shí)間約8秒；噴涂時(shí)藥芯焊絲走絲速度均勻，電弧穩(wěn)定、涂層宏觀(guān)表面平整均勻，與基體結(jié)合良好。

表一 電弧噴涂涂層機(jī)械性能

實(shí)施例2一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲

(一)由外皮和填充在外皮內(nèi)的藥芯構(gòu)成，外皮采用(寬×厚)7×0.4mm的帶狀鋁合金1050，其化學(xué)成分為:Al 99.50％,Si≤0.25％,Cu≤0.05％,Mg≤0.05％,Zn≤0.05％,Mn≤0.05％,Ti≤0.03％,V≤0.05％,Fe 0.000～0.400％。

藥芯占整個(gè)藥芯焊絲重量的29％。藥芯中各成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，Ti：70.0％，B₄C：27.5％，余量為活性炭。

(二)制備方法：

同實(shí)施例1.

(三)將本實(shí)施例中制得的藥芯焊絲在D01鋼表面進(jìn)行電弧噴涂，噴涂工藝參數(shù)：I＝90-120A、U＝30V、噴涂氣壓0.7MPa、噴涂持續(xù)時(shí)間約8秒；噴涂時(shí)焊絲走絲速度均勻，電弧穩(wěn)定、涂層宏觀(guān)表面平整均勻，與基體結(jié)合良好。

表二 電弧噴涂涂層機(jī)械性能

實(shí)施例3一種耐磨損涂層用自反應(yīng)藥芯焊絲

(一)由外皮和填充在外皮內(nèi)的藥芯構(gòu)成，外皮采用(寬×厚)7×0.4mm的帶狀鋁合金1060，其化學(xué)成分為:Al 99.60％,Si≤0.25％,Cu≤0.05％,Mg≤0.03％,Zn≤0.05％,Mn≤0.03％,Ti≤0.03％,V≤0.05％,Fe≤0.35％。

藥芯占整個(gè)藥芯焊絲重量的30％。藥芯中各成分按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，Ti：72.0％，B₄C：27％，余量為活性炭。

(二)制備方法：

同實(shí)施例1。

(三)將本實(shí)施例中制得的藥芯焊絲在D01鋼表面進(jìn)行電弧噴涂，噴涂工藝參數(shù)：I＝110-130A、U＝25V、噴涂氣壓0.75MPa、噴涂持續(xù)時(shí)間約8秒；噴涂時(shí)焊絲走絲速度均勻，電弧穩(wěn)定、涂層宏觀(guān)表面平整均勻，與基體結(jié)合良好。

表三 電弧噴涂涂層機(jī)械性能

由圖1可見(jiàn)，本發(fā)明的自反應(yīng)藥芯焊絲在電弧噴涂中應(yīng)用可形成表面致密，宏觀(guān)平整的金屬陶瓷涂層；由圖2可見(jiàn)涂層與基體結(jié)合良好，界面干凈無(wú)氧化物等雜相，原位反應(yīng)生出的TiB₂-TiC顆粒(圖2中白色顆粒)彌散分布于鋁基涂層(圖2中深灰色相)中。

由實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和圖3可見(jiàn)，本發(fā)明的自反應(yīng)藥芯焊絲在電弧噴涂中應(yīng)用可通過(guò)調(diào)節(jié)焊絲加料系數(shù)和電弧噴涂工藝參數(shù)可生成不同陶瓷含量增強(qiáng)相的鋁基涂層，生成的防護(hù)涂層具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)秀的耐磨損性能。

綜上，本發(fā)明提供的耐磨損防護(hù)用自反應(yīng)電弧噴涂藥芯焊絲，能夠制備出不同含量的TiB₂-TiC雙相陶瓷顆粒增強(qiáng)的鋁基涂層。由于TiB₂和TiC是在噴涂過(guò)程由Ti和B₄C原位反應(yīng)而生成的，增強(qiáng)顆粒為亞微米級(jí)別，均勻分布于鋁基涂層中，并與鋁界面結(jié)合良好，導(dǎo)致該涂層具有優(yōu)良的力學(xué)性能，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，并具有良好的摩擦磨損性能，優(yōu)異的抗氧化性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的表面耐磨損防護(hù)和失效工件修復(fù)。