本發(fā)明涉及一種表面涂層的制造領(lǐng)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(shù)：
：熱浸鍍鋅材料已廣泛應(yīng)用于交通、冶金、建材、通訊、電力等各個(gè)領(lǐng)域，但是由于鋅液對(duì)幾乎所有的金屬具有強(qiáng)烈的腐蝕性，鍍鋅生產(chǎn)線上與液態(tài)鋅直接接觸的部件(沉沒輥、導(dǎo)向輥，支撐輥)等的壽命成為鍍鋅行業(yè)的難題。由于金屬陶瓷涂層易于修復(fù)且繼承了陶瓷材料優(yōu)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(chǎn)線得到了廣泛應(yīng)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(jià)格相對(duì)較高且在熱噴涂過程中，WC系列粉末容易發(fā)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(dāng)服役溫度為540℃及以上時(shí)，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(shí)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。活性燃燒高速燃?xì)鈬娡抗に?AC-HVAF)是近幾年發(fā)展起來的一種新型超音速火焰噴涂工藝，其特點(diǎn)是通過燃料在壓縮空氣中燃燒產(chǎn)生高速氣流加熱粉末，粉末被加熱到熔融狀態(tài)，并將粉末加速到700m/s以上，撞擊基底形成涂層，與傳統(tǒng)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(yōu)良特點(diǎn)。因此，研發(fā)一種適合我國(guó)生產(chǎn)現(xiàn)狀、資源現(xiàn)狀、成本低廉并且組織以及性能穩(wěn)定性優(yōu)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有耐鋅液腐蝕材料存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)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(fā)明的技術(shù)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(zhì)量百分比計(jì)的組分構(gòu)成：Co8～17％，F(xiàn)eB余量；優(yōu)選為Co10～14％，F(xiàn)eB余量；更優(yōu)選為Co11～13％，F(xiàn)eB余量；最優(yōu)選為Co12％，F(xiàn)eB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?xì)鈬娡?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(zhì)量百分比混合：Co8～17％，F(xiàn)eB余量；或Co10～14％，F(xiàn)eB余量；或Co11～13％，F(xiàn)eB余量；或Co12％，F(xiàn)eB余量；(2)向上述混合粉末中加入聚乙二醇(PEG)，其與粉末的質(zhì)量比為1:80～120，然后經(jīng)行星式球磨機(jī)濕磨混粉6～10小時(shí)，其中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200～250r/min，球料比為3～4:1，球配比為2～3:1，濕磨介質(zhì)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(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，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(jìn)行脫膠，在420～450℃至1250～1300℃燒結(jié)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(chǎn)生的亞穩(wěn)相Fe3B轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相Fe2B，在1250～1300℃保溫150～180min，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)胚體的致密化；(5)將燒結(jié)完成的胚體經(jīng)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?xì)鈬娡?AC-HVAF)技術(shù)制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明以Co粉和單相FeB粉為原材料，經(jīng)過球磨、燒結(jié)、研磨和活性燃燒高速燃?xì)鈬娡康裙に囍苽浣饘偬沾赏繉樱臑?16L不銹鋼。(2)本發(fā)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(fā)明的金屬陶瓷涂層孔隙率≤4.16％，涂層硬度HV≥328.87，涂層結(jié)合強(qiáng)度≥38MPa。本發(fā)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(fā)明所得FeB/Co涂層具有優(yōu)良的耐磨粒磨損性能，其耐磨粒磨損性能相對(duì)于316L不銹鋼基體提高10倍以上。本發(fā)明原材料資源豐富，成本相對(duì)較低，制備工藝簡(jiǎn)單，在熱鍍鋅工業(yè)中擁有可觀的應(yīng)用前景。附圖說明圖1為實(shí)施例1涂層的微觀組織形貌。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不限于此。實(shí)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(zhì)量百分比計(jì)的組分構(gòu)成：Co8％，F(xiàn)eB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(zhì)量比為1:90，兩種粉末經(jīng)行星式球磨機(jī)濕磨混粉7h，其中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為210r/min，球料比為3:1，球配比為2:1，濕磨介質(zhì)為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進(jìn)行80℃干燥，干燥時(shí)間為8h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，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(jìn)行脫膠，在420℃至1250℃燒結(jié)階段，升溫速率為9℃/min，且在1160℃保溫120min,使得在球磨過程中產(chǎn)生的亞穩(wěn)相Fe3B轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相Fe2B，在1250℃保溫150min，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)胚體的致密化。(4)將燒結(jié)完成的胚體經(jīng)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(shù)制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。實(shí)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(zhì)量百分比計(jì)的組分構(gòu)成：Co12％，F(xiàn)eB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(zhì)量比為1:100，兩種粉末經(jīng)行星式球磨機(jī)濕磨混粉8h，其中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為220r/min，球料比為4:1，球配比為2:1，濕磨介質(zhì)為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進(jìn)行100℃干燥，干燥時(shí)間為9h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，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(jìn)行脫膠，在430℃至1250℃燒結(jié)階段，升溫速率為10℃/min，且在1180℃保溫120min,使得在球磨過程中產(chǎn)生的亞穩(wěn)相Fe3B轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相Fe2B，在1250℃保溫160min，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)胚體的致密化。(4)將燒結(jié)完成的胚體經(jīng)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(shù)制備FeB/Co耐鋅液腐蝕耐磨金屬陶瓷涂層。實(shí)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(zhì)量百分比計(jì)的組分構(gòu)成：Co17％，F(xiàn)eB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(zhì)量比為1:110，兩種粉末經(jīng)行星式球磨機(jī)濕磨混粉9h，其中球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為240r/min，球料比為3:1，球配比為3:1，濕磨介質(zhì)為無水乙醇。(2)混合均勻的粉末在真空干燥箱進(jìn)行90℃干燥，干燥時(shí)間為10h。(3)將充分干燥的粉末置于真空燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，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(jìn)行脫膠，在440℃至1250℃燒結(jié)階段，升溫速率為11℃/min，且在1200℃保溫130min,使得在球磨過程中產(chǎn)生的亞穩(wěn)相Fe3B轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定相Fe2B，在1250℃保溫180min，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)胚體的致密化。(4)將燒結(jié)完成的胚體經(jīng)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(shù)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(fā)明所述的涂層耐磨粒磨損性能做對(duì)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(jìn)行耐鋅液腐蝕性能試驗(yàn)，利用坩堝電阻爐進(jìn)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(cè)定合金組成相的化學(xué)成分。測(cè)量涂層表面的孔隙率、涂層截面的硬度和涂層的結(jié)合強(qiáng)度。采用“失重法”測(cè)量涂層和基底的耐磨粒磨損性能。圖1為本發(fā)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(yīng)，說明涂層和鋅液潤(rùn)濕性很差。實(shí)施例1-3涂層經(jīng)120h腐蝕后，3種涂層局部均發(fā)生了腐蝕，腐蝕產(chǎn)物為FeZn13腐蝕沿著裂紋進(jìn)行導(dǎo)致涂層剝落并漂移到鋅液中。Co8％時(shí)，涂層疏松多孔，不耐鋅液腐蝕，Co17％時(shí)，由于Co作為粘結(jié)劑不耐鋅液腐蝕，Co12％時(shí)，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(jié)合強(qiáng)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(jié)合強(qiáng)度增加。這主要是由于噴涂粒子中粘結(jié)相含量越高，粒子撞擊基體時(shí)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(jié)合也更緊密；Co8％時(shí)，涂層孔隙率高導(dǎo)致涂層硬度低，Co17％時(shí)，此時(shí)涂層雖然具有低的孔隙率，但是涂層中軟韌相增多硬質(zhì)相減少，涂層硬度降低。表1Fe/Co涂層孔隙率、硬度、結(jié)合強(qiáng)度值涂層序號(hào)孔隙率硬度結(jié)合強(qiáng)度實(shí)施例14.16328.8738實(shí)施例21.56517.7049實(shí)施例31.38505.5253三種涂層表面的磨損機(jī)制都為典型的磨粒磨損，表面都出現(xiàn)較明顯的磨坑，而316L不銹鋼表面產(chǎn)生較明顯的“犁溝”，這屬于典型的塑性材料磨損形式，實(shí)施例1涂層表面缺陷多，磨損過程中易產(chǎn)生涂層粒子的剝落，實(shí)施例2涂層相對(duì)于其它兩種涂層表面磨坑少而淺且未出現(xiàn)切削痕跡，實(shí)施例3涂層粘結(jié)相含量高，粘結(jié)相容易被磨粒切削。表2為實(shí)施例1-3涂層和316L不銹鋼磨粒磨損實(shí)驗(yàn)樣品質(zhì)量隨橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)的變化規(guī)律。每個(gè)樣先預(yù)磨300轉(zhuǎn)，再以每輪300轉(zhuǎn)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(yuǎn)優(yōu)于基體且在磨損初期失重量較大隨后趨于平穩(wěn)。表2樣品質(zhì)量(mg)隨橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)(r)的變化規(guī)律本發(fā)明的金屬陶瓷涂層組織致密，與基材結(jié)合強(qiáng)度高，耐鋅液腐蝕和耐磨性能好，并且制備成本低，工藝簡(jiǎn)單，具有很好的應(yīng)用前景。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3