專利名稱：一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層及其制備方法，適用于海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶等基體的表面防護(hù)。
背景技術(shù)：
隨著我國對外經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、海洋事業(yè)的需求與造船業(yè)的發(fā)展，我國造船業(yè)產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)大。同時，人類對能源的依賴促使海洋開發(fā)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對海洋能源的開采力度不斷加強(qiáng)，促使以海洋工程、船舶制造為代表的“藍(lán)色海洋經(jīng)濟(jì)”快速發(fā)展，與之相對應(yīng)的是對海洋防腐的需求日益增大，且性能要求也逐步提高。如何利用新型工藝來提高施工質(zhì)量，增加海洋鋼結(jié)構(gòu)、船體使用壽命，如何生產(chǎn)高性能的防腐耐磨涂層，降低海水對鋼結(jié)構(gòu)、船體的侵蝕，起到節(jié)能減排、降能增效的作用，以滿足國際海事組織頒布的一系列法規(guī)以及世界各國對環(huán)境保護(hù)日益加強(qiáng)的需要，是行業(yè)亟待思考并解決的重要問題。 由于海水中含有大量鹽類，是一種強(qiáng)電介質(zhì)溶液，再加上凍融、海霧、臺風(fēng)、暴雨、工業(yè)排放物等多重腐蝕環(huán)境的綜合作用，造成了海洋腐蝕現(xiàn)象。我國海洋腐蝕損害情況極為嚴(yán)重。據(jù)測算，在我國被海洋浸泡的鋼鐵中，每I秒鐘就有I. 5噸鋼鐵被腐蝕。加之，海水中夾雜著泥沙等顆粒，在潮汐、行船等過程中，加速了鋼材的磨損消耗。因此，針對海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶制造業(yè)，需發(fā)展一種耐磨耐蝕的涂層材料，以減少海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶等基體的不必要消耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降能增效的目的。熱噴涂是一種常用的材料表面處理技術(shù)，采用熱噴涂方法可以在金屬表面制備出抗摩損和腐蝕性能優(yōu)良的涂層，且熱噴涂具有不受工件尺寸和施工場所的限制、沉積效率較高以及對基體材料的熱影響小的特點(diǎn)，既是一種用于金屬材料涂層的生產(chǎn)技術(shù)，也是一種金屬表面局部修復(fù)的技術(shù)。目前，國內(nèi)外利用熱噴涂工藝在提高海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶制造業(yè)的耐蝕方面已經(jīng)采取了一系列措施，廣泛使用的工藝方法有超音速火焰噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂、爆炸火焰噴涂、超音速電弧噴涂等。上述熱噴涂表面處理方法有各自特點(diǎn)，不同方式可被用來適應(yīng)不同的金屬材料表面性能要求，但在使用的過程中也存在一些局限性。例如，采用超音速火焰噴涂WC基(WC-12Co、WC-Co-Cr等)、HastelloyC鎳基等材料，用于船舶鋼結(jié)構(gòu)表面耐磨耐蝕涂層的設(shè)計(jì)，設(shè)備費(fèi)用過高，原料價格貴。目前，火焰或電弧噴涂Al，Zn或Al/ Zn加封孔的復(fù)合保護(hù)涂層在海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛。Al、Zn或Al / Zn涂層不僅能作為隔離層，而且能作為犧牲陽極保護(hù)鋼鐵材料，它的存在使金屬材料耐蝕性能大幅度提高。但是，海洋環(huán)境中受到水流及水中夾帶的泥沙等磨粒對涂層高速沖擊，產(chǎn)生沖蝕磨損等因素，極大地破壞耐蝕涂層，最終導(dǎo)致涂層失效，鋼材腐蝕嚴(yán)重。因此，需要一種成本低、效率高，耐磨耐蝕性能良好，且具有良好的應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)效益的鋼材表面處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的針對目前常見的海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料的耐磨耐蝕性能有待進(jìn)一步提高，從而延長其使用壽命的技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層性價比高，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，同時具備優(yōu)異的耐磨耐蝕性，能夠延長基體的使用壽命，適用于海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料等基體，具有良好的應(yīng)用前景與經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，如圖I所示，該復(fù)合涂層由軟質(zhì)耐蝕相和硬質(zhì)耐磨相組成，硬質(zhì)耐磨相均勻分布在軟質(zhì)耐蝕相中；所述的軟質(zhì)耐蝕相為Al、Zn中的一種金屬顆?；蛘邇煞N金屬的混合顆粒；所述的硬質(zhì)耐磨相為Zr02、TiO2, A1203、SiO2, WC、SiC中的一種單相陶瓷顆?；蛘邘追N的復(fù)相陶瓷顆粒。所述的基體材料不限，包括海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶的常用材料，選自但不限于15號鋼、45 號鋼、15Mn、16Mn、14MnNbq、904 (12MnCrNiMoVCu)、316L、20F 和 SM570 等材料。作為優(yōu)選，所述的耐蝕相與耐磨相的質(zhì)量比6:4 9: I。 作為優(yōu)選，所述的耐蝕相顆粒粒徑為50 100 μ m,所述的耐磨相顆粒粒徑為10 50 μ m0作為優(yōu)選，所述的復(fù)合涂層的厚度為ΙΟΟμπι 500μπι。本發(fā)明基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層可以采用常用的材料表面處理技術(shù)制備得至IJ。作為優(yōu)選，本發(fā)明提供了一種采用熱噴涂的方法制備該基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的方法，該方法包括如下步驟步驟I :將軟質(zhì)耐蝕相粉末與硬質(zhì)耐磨相陶瓷粉末充分混合并烘干；步驟2 :將基體進(jìn)行清洗、除油除銹和表面粗化處理；步驟3 :將步驟I得到的混合粉末采用熱噴涂方法噴涂在步驟2處理的基體表面，得到耐磨耐蝕的復(fù)合涂層。上述制備方法中所述的步驟I中，烘干溫度優(yōu)選為60°C 150°C ；所述的步驟2中，基體表面的粗化方法包括但不限于噴砂、車螺紋或滾花、電拉毛等;所述的步驟3中，熱噴涂方法包括但不限于火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂等，其中優(yōu)選火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)的優(yōu)選范圍為助燃?xì)?、燃?xì)夂洼o助氣的壓力分別為 O. 4 O. 7Mpa、0. I O. 3Mpa 和 O. 3 O. 6Mpa,流量分別為 2. 5 3. 0Nm3/h、l. O
I.5Nm3/h和5 10Nm3/h,送粉速率為10 50g/min,噴涂距離為150 300mm ；作為優(yōu)選，還包括步驟4，該步驟4為在步驟3得到的耐磨耐蝕的復(fù)合涂層表面采用封孔劑進(jìn)行封孔處理。所述的封孔劑材料包括但不限于F46和空氣干燥型硅樹脂。為了表征本發(fā)明中一種耐磨耐蝕復(fù)合涂層的性能，利用鹽霧試驗(yàn)箱、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、表面輪廓儀和掃描電子顯微鏡(SEM)對所得到的涂層樣品進(jìn)行表征，以下是具體的性能測試方法。( I)鹽霧試驗(yàn)檢測方法鹽霧試驗(yàn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 9227 :1990《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)一鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)采用去離子水配制的化學(xué)純NaCl溶液，濃度為50g / L±5g / L，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)整溶液PH值，確保其范圍在6. 7 7. 2之間。在25°C時，溶液的密度在I. 0255 I.0400范圍內(nèi)。鹽霧試驗(yàn)樣品的尺寸為30mmX20mmX3mm,鹽霧試驗(yàn)程序如下(a)將噴涂上本發(fā)明的復(fù)合涂層樣品和未噴涂復(fù)合涂層的樣品先用洗滌劑清洗，再用清水泡洗，最后放入無水乙醇中用超聲波清洗儀清洗，四周采用熱膠封住，以防止鹽霧從邊緣滲入；(b)將實(shí)驗(yàn)樣品取出來風(fēng)干I小時，然后用流動清水沖洗，最后用吹風(fēng)機(jī)將其吹干；(C)將試樣放置在角度為45°的標(biāo)準(zhǔn)塑料支架上；(d)鹽霧試驗(yàn)周期依據(jù)所檢測樣品確定，中間檢查為12小時一次，樣品取出頻率與試驗(yàn)周期相同；(e)鹽霧箱內(nèi)溫度為35°C ±2°C，噴霧空氣壓力為Ikgf / cm2,通過調(diào)節(jié)鹽霧沉降的速度,經(jīng)24h噴霧后每80cm2面積上為I 2ml/h ;(f)利用數(shù)碼相機(jī)和掃描電子顯微鏡對鹽霧試驗(yàn)樣品進(jìn)行腐蝕形貌觀察和分析。(2)摩擦磨損試驗(yàn)檢測方法利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對噴涂有本發(fā)明的復(fù)合涂層樣品進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)。試驗(yàn)具 體參數(shù)如下(a)選用直徑6mm的304不銹鋼磨球；(b)摩擦磨損總行程為50m ; (c)摩擦磨損載荷為5N ; (d)磨痕半徑為3. 5mm ; (e)磨球滑動速度為120mm/s。(3)磨損速率檢測方法利用表面輪廓儀的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學(xué)式長度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波、計(jì)算后由顯示儀表指示被測截面輪廓曲線。根據(jù)所測數(shù)據(jù)，利用Origin軟件繪制被測表面輪廓曲線，并通過該軟件計(jì)算磨損面積，
最后根據(jù)以下磨損速率公式計(jì)算磨損速率。
Γ ^ V S X HK =-=-
/, X I ) I, X D式中K-磨損速率(Him3NHnr1) ；V-磨損體積(mm3);S-磨痕截面積(mm2); H-磨痕周長(mm);L-載荷(N);D—磨損總行程(m)。每組試樣，3個平行樣，最后的磨損速率值取其平均值。綜上所述，本發(fā)明提供的耐磨耐蝕復(fù)合涂層以鋁、鋅金屬或者鋁鋅復(fù)合材料作為耐蝕相，以Zr02、Ti02、A1203、Si02、WC、SiC中的一種或幾種陶瓷材料作為耐磨相，適用于海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料等基體的表面防護(hù)。與目前常用的基體表面防護(hù)涂層相比，具有如下優(yōu)
占-
^ \\\ ·(I)耐磨耐蝕復(fù)合涂層中耐蝕相鋁、鋅和鋁鋅復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐蝕性能，能較好地承受基體材料工作時遭受的腐蝕作用；同時，加入的耐磨相氧化鋯、氧化鋁等陶瓷的耐磨性好，與耐蝕相復(fù)合后，能充分發(fā)揮材料各自特點(diǎn)，與單獨(dú)噴鋁、鋅等防腐涂層相比，極大提高了耐蝕涂層的耐磨性能，從而能更有效地保護(hù)海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料等基體，延長其使用壽命；(2)耐磨耐蝕復(fù)合涂層的原料來源廣泛、價格低廉，成本較低；(3)作為優(yōu)選，采用熱噴涂方法制備該耐磨耐蝕復(fù)合涂層，設(shè)備和工藝簡單、易控，涂層沉積效率高，且不受基體尺寸和施工場所的限制，可現(xiàn)場施工，既可用于基體的防護(hù)，也可用于基體的局部修復(fù)，便于規(guī)?；a(chǎn)。因此，本發(fā)明提供的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層具有綜合成本較低、制備過程簡單、使用性能優(yōu)越和適于產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，可替代目前廣泛應(yīng)用于海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料等基體表面的單獨(dú)噴鋁、噴鋅等防護(hù)工藝，具有良好的市場前景。


圖I是本發(fā)明基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中制得的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的XRD圖譜；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例I中制得的耐磨耐蝕復(fù)合涂層截面微觀組織形貌(a)低倍；(b)高倍；圖4是本發(fā)明實(shí)施例I中制得的耐磨耐蝕復(fù)合涂層鹽霧試樣照片(a)鹽霧試驗(yàn)Oh, (b)鹽霧試驗(yàn)900h。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。實(shí)施例I :本實(shí)施例中，基體材料為45號鋼，該基體表面是一層耐磨耐蝕的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層是由軟質(zhì)耐蝕相Al顆粒和硬質(zhì)耐磨相Al2O3顆粒組成的Al-Al2O3復(fù)合涂層，并且Al2O3陶瓷顆粒均勻分布在Al金屬顆粒中；該復(fù)合涂層厚度為350 μ m，Al顆粒的粒徑為50 100 μ m, Al2O3顆粒的粒徑為15 45 μ m,并且Al顆粒與Al2O3顆粒的質(zhì)量比為4:1。上述耐磨耐蝕的復(fù)合涂層的制備采用火焰噴涂工藝，具體制備方法如下I、以市售的純Al粉(粒徑為50 100 μ m)和純粉Al2O3 (粒徑為15 45 μ m)為原料，稱取質(zhì)量比例為A1:A1203=4: 1，稱取后充分混合；2、將混合后的粉末在80°C充分烘干，得到待噴涂粉末；3、將基體進(jìn)行清洗、除油除銹后，采用60目棕剛玉砂進(jìn)行表面噴砂預(yù)處理，使其粗糙度達(dá)到噴涂要求；4、采用火焰噴涂方法將待噴涂粉末噴涂在基體表面，得到厚度為350 μ m復(fù)合涂層。其中控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃?xì)鉃镺2、燃?xì)鉃橐胰?、輔助氣為壓縮空氣的壓力分別為O. 5Mpa、0. lMpa、0. 3Mpa，流量分別為2. 5Nm3/h、l. 5Nm3/h、8Nm3/h，待噴涂粉末輸送速率為30g/min,噴涂距離為200mm ；5、采用封孔劑F46對噴涂完成的涂層進(jìn)行封孔處理，制備出成品耐磨耐蝕復(fù)合涂層。對上述制備得到的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層進(jìn)行如下性能測試(I)涂層物相利用X射線衍射儀(XRD)檢測涂層物相結(jié)構(gòu)，圖2為本實(shí)施例中制得的復(fù)合涂層的XRD圖譜，由圖可見，復(fù)合涂層中主要晶相物質(zhì)為Al，同時含有一定量的Al2O3的結(jié)晶相，說明通過火焰噴涂工藝可獲得穩(wěn)定的Al-Al2O3復(fù)合涂層。(2)涂層截面微觀組織形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層截面微觀形貌，圖3為本實(shí)施例中制得的復(fù)合涂層截面的SEM照片，由圖3 Ca)可見，復(fù)合涂層厚度為350 μ m，涂層與基體結(jié)合良好。進(jìn)一步觀察圖3(b)發(fā)現(xiàn)，Al2O3陶瓷顆粒主要以不規(guī)則小顆粒均勻分布于Al相當(dāng)中，這是復(fù)合涂層與單獨(dú)Al涂層相比，其耐磨性能顯著提高的原因。(3)涂層耐磨性能利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和表面輪廓儀檢測涂層耐磨性能。根據(jù)表面輪廓儀對磨損試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測，并通過Origin軟件計(jì)算磨損速率，得到平均磨損速率為O. 0009111111 -1!!!-1,其耐磨性能良好。
(4)涂層耐蝕性能利用鹽霧試驗(yàn)箱檢測涂層耐腐蝕性能，圖4為本實(shí)施例中制得的復(fù)合涂層鹽霧試驗(yàn)不同時間點(diǎn)的數(shù)碼照片，比較圖4 (a)、(b)可見，復(fù)合涂層鹽霧試驗(yàn)900h后，涂層未發(fā)生腐蝕、脫落等破壞現(xiàn)象，未出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，其耐腐蝕性能良好。實(shí)施例2 本實(shí)施例中， 基體材料為45號鋼，該基體表面是一層耐磨耐蝕的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層是由軟質(zhì)耐蝕相Al顆粒和硬質(zhì)耐磨相Al2O3顆粒組成的Al-Al2O3復(fù)合涂層，并且Al2O3陶瓷顆粒均勻分布在Al金屬顆粒中；該復(fù)合涂層厚度為300 μ m，Al顆粒的粒徑為50 100 μ m, Al2O3顆粒的粒徑為15 45 μ m,并且Al顆粒與Al2O3顆粒的質(zhì)量比為7 :3。上述耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備采用火焰噴涂工藝，具體制備方法基本與實(shí)施例I中的制備方法相同，所不同的是步驟I中、以市售的純Al粉(粒徑為50 ΙΟΟμπι)和純粉Al2O3 (粒徑為15 45 μ m)為原料，稱取質(zhì)量比例為A1:A1203=7:3，稱取后充分混合；步驟4中，采用火焰噴涂方法將待噴涂粉末噴涂在基體表面，得到厚度為300 μ m復(fù)合涂層。其中控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)與實(shí)施例I中的噴涂參數(shù)相同。對上述制備得到的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層進(jìn)行如下主要性能測試(I)涂層物相利用X射線衍射儀(XRD)檢測涂層物相結(jié)構(gòu)，證實(shí)復(fù)合涂層中主要晶相物質(zhì)為Al，同時含有一定量的Al2O3的結(jié)晶相，說明通過火焰噴涂工藝可獲得穩(wěn)定的Al-Al2O3復(fù)合涂層。(2)涂層截面微觀組織形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層截面微觀形貌，證實(shí)復(fù)合涂層厚度為300 μ m，涂層與基體結(jié)合良好，Al2O3陶瓷顆粒主要以不規(guī)則小顆粒均勻分布于Al相當(dāng)中，這是復(fù)合涂層于單獨(dú)Al涂層相比，其耐磨性能顯著提高的原因。(3)涂層耐磨性能利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和表面輪廓儀檢測涂層耐磨性能。根據(jù)表面輪廓儀對磨損試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測，并通過Origin軟件計(jì)算磨損速率，得到平均磨損速率為O. OOlOmmfnT1，其耐磨性能良好。(4)涂層耐蝕性能利用鹽霧試驗(yàn)箱檢測涂層耐腐蝕性能，結(jié)果表明涂層鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行900h后，涂層仍保持初始狀態(tài)，未發(fā)生腐蝕、脫落等破壞現(xiàn)象，表面未出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，其耐腐蝕性能良好。實(shí)施例3 本實(shí)施例中，基體材料為45號鋼，該基體表面是一層耐磨耐蝕的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層是由軟質(zhì)耐蝕相Al金屬顆粒和硬質(zhì)耐磨相ZrO2陶瓷顆粒組成的Al-ZrO2復(fù)合涂層，并且ZrO2陶瓷顆粒均勻分布在Al金屬顆粒中；該復(fù)合涂層厚度為300 μ m, Al顆粒的粒徑為50 100 μ m, ZrO2顆粒的粒徑為15 45 μ m,并且Al顆粒與Al2O3顆粒的質(zhì)量比為4
Io上述耐磨耐蝕的復(fù)合涂層的制備采用火焰噴涂工藝，具體制備方法如下I、以市售的純Al粉(粒徑為50 100 μ m)和純ZrO2粉(粒徑為15 45 μ m)為原料，稱取質(zhì)量比例為Al:Zr02=4:1，稱取后充分混合；2、將混合后的粉末在80°C充分烘干，得到待噴涂粉末；3、將基體進(jìn)行清洗、除油除銹后，采用60目棕剛玉砂進(jìn)行表面噴砂預(yù)處理，使其粗糙度達(dá)到噴涂要求；
4、采用火焰噴涂方法將待噴涂粉末噴涂在基體表面，得到厚度為300 μ m復(fù)合涂層。其中控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃?xì)鉃镺2、燃?xì)鉃橐胰?、輔助氣為壓縮空氣的壓力分別為O. 5Mpa、0. lMpa、0. 4Mpa，流量分別為3. 0Nm3/h、l. 5Nm3/h、7Nm3/h，粉末輸送速率為30g/min,噴涂距離為200mm。5、采用封孔劑F46對噴涂完成的涂層進(jìn)行封孔處理，制備出成品耐磨耐蝕復(fù)合涂層。對上述制備得到的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層進(jìn)行如下主要性能測試(I)涂層物相利用X射線衍射儀(XRD)檢測涂層物相結(jié)構(gòu)，證實(shí)復(fù)合涂層中主 要晶相物質(zhì)為Al，同時含有一定量的ZrO2的結(jié)晶相，說明通過火焰噴涂工藝可獲得穩(wěn)定的Al-ZrO2復(fù)合涂層。(2)涂層截面微觀組織形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層截面微觀形貌，證實(shí)復(fù)合涂層厚度為300 μ m，涂層與基體結(jié)合良好，ZrO2陶瓷顆粒主要以不規(guī)則小顆粒均勻分布于Al相當(dāng)中，這是復(fù)合涂層于單獨(dú)Al涂層相比，其耐磨性能顯著提高的原因。(3)涂層耐磨性能利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和表面輪廓儀檢測涂層耐磨性能。根據(jù)表面輪廓儀對磨損試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測，并通過Origin軟件計(jì)算磨損速率，得到平均磨損速率為O. 00083111111 -1!^1,其耐磨性能良好。(4)涂層耐蝕性能利用鹽霧試驗(yàn)箱檢測涂層耐腐蝕性能，結(jié)果表明涂層鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行900h后，涂層仍保持初始狀態(tài)，未發(fā)生腐蝕、脫落等破壞現(xiàn)象，表面未出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，其耐腐蝕性能良好。實(shí)施例4 本實(shí)施例中，基體材料為45號鋼，該基體表面是一層耐磨耐蝕復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層是由軟質(zhì)耐蝕相Zn金屬顆粒和硬質(zhì)耐磨相Al2O3陶瓷顆粒組成的Zn-Al2O3復(fù)合涂層，并且Al2O3陶瓷顆粒均勻分布在Zn金屬顆粒中；該復(fù)合涂層厚度為300 μ m, Zn顆粒的粒徑為50 100 μ m, Al2O3顆粒的粒徑為15 45 μ m,并且Zn顆粒與Al2O3顆粒的質(zhì)量比為4
Io上述耐磨耐蝕的復(fù)合涂層的制備采用火焰噴涂工藝，具體制備方法如下I、以市售的純Zn粉(粒徑為50 100 μ m)和純Al2O3粉(粒徑為15 45 μ m)為原料，稱取質(zhì)量比例為Ζη:Α1203=4:1，稱取后充分混合；2、將混合后的粉末在80°C充分烘干，得到待噴涂粉末；3、將基體進(jìn)行清洗、除油除銹后，采用60目棕剛玉砂進(jìn)行表面噴砂預(yù)處理，使其粗糙度達(dá)到噴涂要求；4、采用火焰噴涂方法將待噴涂粉末噴涂在基體表面，得到厚度為300 μ m復(fù)合涂層。其中控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃?xì)鉃镺2、燃?xì)鉃橐胰?、輔助氣為壓縮空氣的壓力分別為O. 4Mpa、0. lMpa、0. 3Mpa，流量分別為2. 5Nm3/h、l. 0Nm3/h、8Nm3/h，粉末輸送速率為30g/min,噴涂距離為200mm。5、采用封孔劑F46對噴涂完成的涂層進(jìn)行封孔處理，制備出成品耐磨耐蝕復(fù)合涂層。對上述制備得到的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層進(jìn)行如下主要性能測試(I)涂層物相利用X射線衍射儀(XRD)檢測涂層物相結(jié)構(gòu)，證實(shí)復(fù)合涂層中主要晶相物質(zhì)為Zn，同時含有一定量的Al2O3的結(jié)晶相，說明通過火焰噴涂工藝可獲得穩(wěn)定的Zn-Al2O3復(fù)合涂層。(2)涂層截面微觀組織形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層截面微觀形貌，證實(shí)復(fù)合涂層厚度為300 μ m，涂層與基體結(jié)合良好，Al2O3陶瓷顆粒主要以不規(guī)則小顆粒均勻分布于Zn相當(dāng)中，這是復(fù)合涂層于單獨(dú)Zn涂層相比，其耐磨性能顯著提高的原因。(3)涂層耐磨性能利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和表面輪廓儀檢測涂層耐磨性能。根據(jù)表面輪廓儀對磨損試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測，并通過Origin軟件計(jì)算磨損速率，得到平均磨損速率為O. 00122111111 -1!^1,其耐磨性能良好。(4)涂層耐蝕性能利用鹽霧試驗(yàn)箱檢測涂層耐腐蝕性能，結(jié)果表明涂層鹽霧試驗(yàn) 進(jìn)行900h后，涂層仍保持初始狀態(tài)，未發(fā)生腐蝕、脫落等破壞現(xiàn)象，表面未出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，其耐腐蝕性能良好。實(shí)施例5 本實(shí)施例中，基體材料為45號鋼，該基體表面是一層耐磨耐蝕的復(fù)合涂層，該復(fù)合涂層是由軟質(zhì)耐蝕相Al金屬顆粒和硬質(zhì)耐磨相Al2O3與TiO2混合陶瓷顆粒組成的Al-Al2O3-TiO2復(fù)合涂層，并且Al2O3與TiO2陶瓷顆粒均勻分布在Al金屬顆粒中；該復(fù)合涂層厚度為300 μ m，Al顆粒的粒徑為50 100 μ m，Al2O3與TiO2顆粒的粒徑均為15 45 μ m，并且Al顆粒、Al2O3顆粒與TiO2顆粒的質(zhì)量比為8:1:1。上述耐磨耐蝕的復(fù)合涂層的制備采用火焰噴涂工藝，具體制備方法如下I、以市售的純Al粉(粒徑為50 100 μ m)、純Al2O3粉(粒徑為15 45 μ m)和純TiO2粉(粒徑為15 45μ m)為原料，稱取質(zhì)量比例為Al :Al203:Ti02=8:1: 1，稱取后充分混合；2、將混合后的粉末在80°C充分烘干，得到待噴涂粉末；3、將基體進(jìn)行清洗、除油除銹后，采用60目棕剛玉砂進(jìn)行表面噴砂預(yù)處理，使其粗糙度達(dá)到噴涂要求；4、采用火焰噴涂方法將待噴涂粉末噴涂在基體表面，得到厚度為300 μ m復(fù)合涂層。其中控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃?xì)鉃镺2、燃?xì)鉃橐胰?、輔助氣為壓縮空氣的壓力分別為O. 5Mpa、0. lMpa、0. 4Mpa，流量分別為2. 5Nm3/h、l. 5Nm3/h、8Nm3/h，粉末輸送速率為30g/min,噴涂距離為200mm。5、采用封孔劑F46對噴涂完成的涂層進(jìn)行封孔處理，制備出成品耐磨耐蝕復(fù)合涂層。對上述制備得到的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層進(jìn)行如下主要性能測試(I)涂層物相利用X射線衍射儀(XRD)檢測涂層物相結(jié)構(gòu)，證實(shí)復(fù)合涂層中主要晶相物質(zhì)為Al，同時含有一定量的Al2O3與TiO2的結(jié)晶相，說明通過火焰噴涂工藝可獲得穩(wěn)定的Al-Al2O3-TiO2復(fù)合涂層。(2)涂層截面微觀組織形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)檢測涂層截面微觀形貌，證實(shí)復(fù)合涂層厚度為300 μ m，涂層與基體結(jié)合良好，Al2O3與TiO2陶瓷顆粒主要以不規(guī)則小顆粒均勻分布于Al相當(dāng)中，這是復(fù)合涂層于單獨(dú)Al涂層相比，其耐磨性能顯著提高的原因。(3)涂層耐磨性能利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和表面輪廓儀檢測涂層耐磨性能。根據(jù)表面輪廓儀對磨損試驗(yàn)樣品進(jìn)行檢測，并通過Origin軟件計(jì)算磨損速率，得到平均磨損速率為O. ΟΟυδπι^ΡπΓ1，其耐磨性能良好。(4)涂層耐蝕性能利用鹽霧試驗(yàn)箱檢測涂層耐腐蝕性能，結(jié)果表明涂層鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行900h后，涂層仍保持初始狀態(tài)，未發(fā)生腐蝕、脫落等現(xiàn)象，表面未出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物，其耐腐蝕性能良好。以上所述的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是 以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，其特征是由軟質(zhì)耐蝕相和硬質(zhì)耐磨相組成，硬質(zhì)耐磨相均勻分布在軟質(zhì)耐蝕相中；所述的軟質(zhì)耐蝕相為Al、Zn中的一種金屬顆?；蛘邇煞N金屬的混合顆粒；所述的硬質(zhì)耐磨相為Zr02、Ti02、Al203、Si02、WC、SiC中的一種單相陶瓷顆?；蛘邘追N的復(fù)相陶瓷顆粒。
2.如權(quán)利要求I所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，其特征是所述的耐蝕相與耐磨相的質(zhì)量比6:4 9:1。
3.如權(quán)利要求I所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，其特征是所述的耐蝕相顆粒粒徑為50 100 V- m,所述的耐磨相顆粒粒徑為10 50 ii m。
4.如權(quán)利要求I所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層，其特征是所述的復(fù)合涂層的厚度為100 Ii m 500 u m。
5.如權(quán)利要求I至4中任一權(quán)利要求所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是包括如下步驟 步驟I :將軟質(zhì)耐蝕相粉末與硬質(zhì)耐磨相陶瓷粉末充分混合并烘干； 步驟2 :將基體進(jìn)行清洗、除油除銹和表面粗化處理； 步驟3 :將步驟I得到的混合粉末采用熱噴涂方法噴涂在步驟2處理的基體表面，得到耐磨耐蝕的復(fù)合涂層。
6.如權(quán)利要求5所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是所述的步驟I中，烘干溫度為60°C 150°C。
7.如權(quán)利要求5所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是所述的步驟2中，基體表面的粗化方法包括噴砂、車螺紋、滾花和電拉毛。
8.如權(quán)利要求5所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是所述的步驟3中，熱噴涂方法包括火焰噴涂、電弧噴涂和等離子噴涂。
9.如權(quán)利要求5所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是所述的步驟3中，選用火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)的為助燃?xì)狻⑷細(xì)夂洼o助氣的壓力分別為0.4 0.7Mpa、0. I 0. 3Mpa 和 0. 3 0. 6Mpa,流量分別為 2. 5 3. 0Nm3/h、l. 0 I. 5Nm3/h 和5 IONmVh,送粉速率為10 50g/min,噴涂距離為150 300mm。
10.如權(quán)利要求5所述的基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層的制備方法，其特征是還包括步驟4，該步驟4為在步驟3得到的耐磨耐蝕的復(fù)合涂層表面采用封孔劑進(jìn)行封孔處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基體表面的耐磨耐蝕復(fù)合涂層及其制備方法。該耐磨耐蝕復(fù)合涂層由軟質(zhì)耐蝕相和硬質(zhì)耐磨相組成，硬質(zhì)耐磨相均勻分布在軟質(zhì)耐蝕相中；所述的軟質(zhì)耐蝕相為Al、Zn中的一種金屬顆粒或者兩種金屬的混合顆粒；所述的硬質(zhì)耐磨相為ZrO2、TiO2、Al2O3、SiO2、WC、SiC中的一種單相陶瓷顆?；蛘邘追N的復(fù)相陶瓷顆粒。與現(xiàn)有的基體表面防護(hù)涂層相比，該復(fù)合涂層兼?zhèn)淠湍ズ湍臀g功能，從而能更有效地保護(hù)海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶材料等基體，延長其使用壽命，具有良好的市場應(yīng)用前景。
文檔編號C23C4/10GK102816987SQ20121023315
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者李華, 黃晶, 丁思月, 袁建輝, 薛群基 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所