阅读说明：本技术 一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法 (Wear-resistant arc spraying powder core wire material and coating preparation method ) 是由 许征兵 江旭东 唐旭 朱伟强 赵妍 何际盈 周治文 曾建民 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐磨电弧喷涂用粉芯丝材及涂层制备方法,属于金属表面腐蚀与防护技术领域。所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成,所述包覆层为不锈钢,所述粉芯的填充率为25-35％,所述丝材的粉芯成分质量百分比如下：Cr<Sub>2</Sub>C<Sub>3</Sub>粉末：25％-40％,WC粉末：7％-15％,V粉末：4％-15％,Mo粉末：5％-15％,Nb粉末：2％-10％,Al粉末：8％-20％,余量为Fe粉。制备涂层时需要先进行表面处理,然后再喷涂。本发明丝材制备的涂层无明显的缺陷,能够形成连续且致密的涂层,有很好的耐磨和耐蚀性能,涂层硬度高,结合强度高,具有良好的力学性能和防腐耐磨性能。(The invention discloses a wear-resistant cored wire for electric arc spraying and a preparation method of a coating, and belongs to the technical field of metal surface corrosion and protection. The cored wire consists of a coating layer and a powder core, wherein the coating layer is made of stainless steel, the filling rate of the powder core is 25-35%, and the powder core of the cored wire comprises the following components in percentage by mass: cr (chromium) component 2 C 3 Powder: 25% -40%, WC powder: 7% -15%, V powder: 4% -15%, Mo powder: 5% -15%, Nb powder: 2% -10%, Al powder: 8 to 20 percent of iron, and the balance of Fe powder. When the coating is prepared, the surface treatment is needed firstly, and then the spraying is needed. The coating prepared by the wire has no obvious defects, can form a continuous and compact coating, has good wear resistance and corrosion resistance, high hardness and bonding strength, and good mechanical property and corrosion resistance and wear resistance.)

一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法

技术领域

本发明属于金属表面腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法。

背景技术

磨损是金属设备和构件失效的主要形式之一，据不完全统计，能源的1/3到1/2消耗于摩擦与磨损，造成了能源的大量消耗和巨大的经济损失，甚至造成了一些灾难性的事故。目前电弧喷涂的丝材主要有实芯和粉芯两大类，粉芯丝材作为电弧喷涂常用类型，是以合金为外皮，以陶瓷、金属粉末或稀土元素为填充粉芯，同时在丝材中添加不同的元素，制备出适应性强的涂层，在电弧喷涂领域具有广泛的应用前景。表面处理技术是提高材料表面耐磨性和耐蚀性的有效方法之一，而电弧喷涂是重要的表面技术之一，近几年随着高速电弧喷涂技术的发展，进一步改善了涂层的组织和性能，使电弧喷涂技术得到更广泛的应用。

目前电弧喷涂技术在钢结构的保护上运用比较成功，大大延长了钢构件的使用寿命，减少了资源浪费。例如一篇中国专利，申请号：20180739756.6，名称为：一种铝基含TiC陶瓷电弧喷涂粉芯丝材，可用于海洋环境中耐磨部件如舰船甲板、海上桥梁建筑的表面防护。一篇中国专利，申请号为：201510764249.4，名称为：一种利用超音速电弧喷涂制备防腐耐磨涂层的方法，该丝材适用于风机叶轮的防护并具有较好的耐磨效果。一篇中国专利，申请号为：201710860694.X，名称为：一种制备高非晶含量涂层用的粉芯丝材及其制备方法和应用，可广泛用于钢结构件表面的防腐耐磨防护。但是在一些严苛条件下如高温环境下耐腐蚀和耐磨涂层的研究和应用依然是一个难题。一些重要机械设备由于高温、磨损、冲蚀等问题而失效，会造成设备损坏，影响企业生产和国民经济。因此，为解决在生产过程中一些钢制构件在高温条件下、长期受高速含粉气流的强力冲刷，以及粉尘中的酸碱氧化物的腐蚀磨损问题，提高钢制构件的寿命，减少资源浪费，需要在保护构件表面喷涂结合强度高，耐腐蚀耐磨等综合性能良好的涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，本发明采用超音速电弧喷涂方式将所制粉芯丝材喷射到钢基体上，能形成连续且致密的电弧喷涂涂层，有很好的耐高温、耐冲刷、耐磨和耐蚀性能，涂层结合强度高，涂层硬度高，本发明采用的技术方案如下：

一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述丝材的粉芯成分质量百分比如下：Cr₂C₃粉末：25％-40％，WC粉末：7％-15％，V粉末：4％-15％，Mo粉末：5％-15％，Nb粉末：2％-10％，Al粉末：8％-20％，余量为Fe粉。

优选的，所述粉芯由以下质量百分比如下：Cr₂C₃粉末：28％-38％，WC粉末：8％-13％，V粉末：4％-12％，Mo粉末：8％-14％，Nb粉末：4％-10％，Al粉末：10％-16％，余量为Fe粉。

优选的，所述粉芯丝材的直径为1.8-2.5mm。

优选的，所述粉芯丝材包覆层不锈钢带为304不锈钢带或316不锈钢带等。

优选的，所述粉芯丝材中粉芯的填充率为25-35％。

同时提供一种采用耐磨电弧喷涂粉芯丝材进行喷涂的喷涂方法，步骤如下：

步骤一：按上述配比配置粉芯，通过混粉、成型、拉拔，得到粉芯丝材；

步骤二：净化与喷砂粗化处理，采用有机溶剂去除被涂装基材表面污渍和油渍，然后对基材表面进行喷砂粗化处理，去除基材表面的锈蚀物，并且使基材表面形成均匀凹凸不平的粗糙表面；

步骤三：采用电弧喷涂工艺将粉芯丝材喷涂在预处理过的基材上制备涂层，喷涂工艺参数：雾化空气压力0.6-0.75MPa，喷涂电流200-250A，喷涂电压30-35V，喷涂距离150-220mm；每次喷涂前对样品进行预热，预热温度为100-200℃，采用间歇式喷涂方法，喷枪移动速度20-90mm/s，喷涂重复次数为2-4次。

进一步的，所述丝材制得的涂层厚度为0.3-1mm。

本发明制备的一种耐磨电弧喷涂涂层所具备的力学性能、耐高温氧化性能和耐磨性能是其自身组分决定的。

Fe在地壳中含量较高，Fe基非晶或纳米晶合金具有优异的耐磨性，适合于制备严苛环境下的表面强化涂层；Cr₃C₂具有硬度高、熔点高、弹性模量高、耐化学腐蚀和耐磨性等优点，可以在涂层中形成Cr₂O₃而具有优异的抗高温氧化性能；WC的硬度非常高，是金属陶瓷中常用的硬质相，且WC的硬度与基体韧性的共同作用能有效的减少磨损。Al在喷涂过程中极易形成致密的Al₂O₃膜而起到保护作用；Mo是一种耐磨、耐高温耐腐蚀的金属，在喷涂过程中可以与其他元素结合来增强涂层的耐摩擦性和耐腐蚀性；在涂层中，C原子会扩散并与强碳化物形成元素V、Nb发生反应并生成一种致密的、坚硬的、耐磨的物质；V在细化晶粒和改善涂层高温性能方面有着良好的作用。Nb的过渡系数较高，在喷涂过程中易形成高熔点和高硬度的碳化物，显著提高涂层的硬度和耐磨性能。

本发明有益的效果：采用优化成分设计后的粉芯丝材粉末配比，通过超音速电弧喷涂技术所制得的涂层。该涂层具有结构致密、孔隙率低、与基体结合强度高，硬度高、耐磨性好等优点。能够延长钢制构件的服役寿命，可广泛应用于钢结构的磨损防护。

附图说明

图1是本发明实施例1的电弧喷涂涂层表面SEM形貌图。

图2是本发明实施例1的电弧喷涂截面金相图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本发明的实质性特点和显著优点，但本发明并不局限于下述实施例中。

实施例1：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用304不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：Cr₂C₃粉末：30％，WC粉末：10％，V粉末：7.5％，Mo粉末：13.2％，Nb粉末：6％，Al粉末：13％，余量为Fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35V；电流230-250A；喷涂距离160mm；雾化空气压力0.7MPa。每次喷涂前对样品进行预热，预热温度为100℃，喷枪移动速度30mm/s，间歇式喷涂2次。

实施例2：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用316不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：Cr₂C₃粉末：33％，WC粉末：11.3％，V粉末：6％，Mo粉末：10％，Nb粉末：8％，Al粉末：10.6％，余量为Fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压35V；电流210-230A；喷涂距离180mm；雾化空气压力0.65MPa。每次喷涂前对样品进行预热，预热温度为150℃，喷枪移动速度50mm/s，间歇式喷涂3次。

实施例3：

根据本发明的一个方面，该实施例提供了一种耐磨电弧喷涂粉芯丝材及涂层制备方法，所述粉芯丝材由包覆层和粉芯组成，所述包覆层为不锈钢窄带，所述粉芯占总丝材质量百分比为30％，所述不锈钢带采用304不锈钢；

取粉芯的物质及其质量百分比为：Cr₂C₃粉末：35％，WC粉末：12％，V粉末：5％，Mo粉末：9.6％，Nb粉末：7.2％，Al粉末：15％，余量为Fe粉；轧制成粉芯丝材。

采用上述粉芯配比所制成的丝材，在经过除油除锈喷砂粗化的45钢基体上制备电弧喷涂涂层，所用的工艺参数为：电压30V；电流190-210A；喷涂距离210mm；雾化空气压力0.7MPa。每次喷涂前对样品进行预热，预热温度为200℃，喷枪移动速度70mm/s，间歇式喷涂4次。

(1)、扫描电镜分析：将本发明实施例1所得的粉芯丝材进行扫描电镜分析，图1为本发明的电弧喷涂涂层SEM形貌，从图1中可看出，涂层表面主要形貌主要为圆形颗粒状和水泊状，硬质陶瓷相在高温条件下不发生熔化而形成圆形颗粒状；粉芯材料与不锈钢包覆层熔化后在高速气流喷射下形成水泊状，从图1中可以看出陶瓷相与金属相能很好地相熔合。图2为本发明的电弧喷涂涂层的截面金相，如图所示，涂层呈典型的层状结构，组织结构致密，孔隙率低，涂层与基体机械咬合紧密，结合较好。本发明的粉芯丝材在钢基体上形成的电弧喷涂涂层有很好的耐高温、耐冲刷、耐磨和耐蚀性能。

(2)、性能测试：性能测试包括硬度、结合强度、磨损失重率和自腐蚀电流密度测试，将实施例1所制备涂层在HWDM-3硬度测试机上进行维氏硬度测量，载荷为9806mN，加载时间为15s；对实施例1所制备涂层进行结合强度测量，结合强度测定依据ASTM C633拉伸试验标准，在深圳三思纵横科技股份有限公司生产的UTM5105电子万能试验机上进行结合强度测量；在Gamry750电化学工作站进行极化曲线测定，用Echem Analyst软件对极化曲线测试结果进行数值拟合，得出自腐蚀电流密度；采用销盘式磨粒磨损试验方法，在ML-100型磨粒磨损试验机，进行磨损失重测试，试样进给量4mm/r，转盘转速120r/min，磨粒采用160目SiC砂纸，性能测试数据如表1所示。

表1性能数据

从本上述实验中可知，按照本发明的规范制成的粉芯丝材形成的涂层结合强度高，涂层硬度高，涂层耐磨性好，耐冲刷性好，而且在钢基体上形成连续、致密的电弧喷涂涂层，有很好的耐冲刷、耐磨和耐蚀性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。