CN103132005A

CN103132005A - 二硅化钼基耐磨复合涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN103132005A
Application number: CN2011103967751A
Authority: CN
Inventors: 颜建辉; 刘龙飞; 唐思文; 胡小平; 许剑光
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明公开了一种二硅化钼基耐磨复合涂层及其制备方法。本发明的二硅化钼基耐磨复合涂层由过渡层和MoSi₂涂层组成，过渡层为Mo材料，MoSi₂涂层的厚度为160～300μm。其制备通过选用经喷雾干燥和微波烧结处理且粒度范围为18～54μm的MoSi₂球形颗粒作为喷涂粉末，采用大气等离子喷涂技术制备涂层。本发明将Mo和Mo₅Si₃引入到MoSi₂涂层中，改善了MoSi₂单一涂层的韧性和致密性较差等缺点，同时也改善了MoSi₂单一涂层与基体间的润湿性，增加MoSi₂涂层内部颗粒之间的结合强度并降低了涂层的孔隙率，涂层在干摩擦条件下具有较好的耐磨性能。

Description

二硅化钼基耐磨复合涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于涂层技术领域，特别是一种二硅化钼基耐磨复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，对机械零部件综合性能的要求也越来越高，单靠发展常规材料难以达到所要求的性能范围。普通碳素钢耐磨性能较差，通常通过对其表面强化或形成耐磨涂层来提高其耐磨性能。为了提高普通碳素钢的使用寿命，在普通碳素钢表面制备一层均匀致密、结合牢固的特殊保护涂层是改善普通碳素钢摩擦磨损性能的有效手段之一。所以，寻求高性能耐磨涂层材料，以研制出更长使用寿命防护涂层，具有重要的意义。

近年来，材料的表面强化技术得到了迅速发展。许多研究机构正致力于研究大量新陶瓷、金属间化合物以及复合材料涂层的磨损特性，以期生产出适应于恶劣环境下的抗磨损的涂层材料。金属间化合物二硅化钼(MoSi₂)是一种极有吸引力的高温结构材料，它具有许多与陶瓷相近的性质，如高硬度、高弹性模量、极好的高温抗氧化性和优异的耐腐蚀能力，是一种具有潜力很大的耐磨材料。但二硅化钼作为耐磨涂层材料存在脆性大、韧性差和涂层疏松多孔等缺点，二硅化钼涂层的增强补韧和涂层增密是其工程应用的关键问题。

化学气相沉积、物理气相沉积和表面化学热处理制备的涂层厚度较薄，工艺复杂、生产成本高；而激光表面熔覆涂层成型不好，多有孔洞存在，需要后续热处理，而且不适用于形状复杂的工件。相比较而言，采用大气等离子喷涂技术，操作方便，涂层成分可在较大范围内变化，厚度容易控制。等离子喷涂是制备金属间化合物、陶瓷和金属陶瓷等涂层最具有发展前途的技术方法。至今，二硅化钼涂层的强韧化改性以及其作为常温耐磨涂层的制备和应用还尚未见报道。

发明内容

本发明目的是提供一种在碳素钢基体表面制备一种新型等离子喷涂耐磨涂层，提高碳素钢的耐磨性能。

为了达到上述目的，具体技术方案是：一种二硅化钼基耐磨复合涂层，该复合涂层由过渡层和二硅化钼涂层组成，所述过渡层为Mo材料，二硅化钼涂层的厚度为160～300μm。具体制备工艺如下：

(1)制备喷涂粉末：用粒径为0.05～0.2μm超细的MoSi₂粉体为原料，利用离心喷雾干燥机进行造粒，然后采用真空微波烧结的方法制备团聚MoSi₂粉体，烧结的温度为1200℃，时间为15min，再通过过筛分级得到粒度范围在18～54μm的MoSi₂球形粉末；

(2)采用等离子喷涂技术在预处理后的基材材料表面喷涂Mo过渡层；

(3)以步骤(1)所得的MoSi₂球形粉末为原料，采用等离子喷涂技术在过渡层表面喷涂MoSi₂涂层，喷涂工艺参数为：等离子喷涂机输出电压：55～70V，输出电流：500～600A，主气流：氩气流量35～60L/min，送粉速度：15～50g/min，喷涂距离：60～120mm。

本发明具有以下优点：

1、本发明利用过渡层Mo涂层加强了MoSi₂工作层与基体之间的结合强度。大气等离子喷涂获得的MoSi₂涂层基体周围分布着Mo和Mo₅Si₃相，提高了涂层的致密度及改善了涂层的微观组织。

2、本发明选用特定粒度的MoSi₂作为喷涂粉末，制备的涂层中以Mo和Mo₅Si₃等富钼相作为强韧化相，保证涂层具有一定的韧性，降低涂层的孔隙率；通过Mo₅Si₃硬质相增强基体硬度，从而综合提高涂层的耐磨性。

3、本发明的耐磨涂层的磨损率在4.56～5.26×10^-7mm³/N·m之间。

4、本发明涂层性能的离散度不大于6％，涂层的性能重现性较好，涂层结构致密均匀，层与层之间的结合较好。

附图说明

图1为MoSi₂喷涂粉末的X射线衍射图谱。

图2为MoSi₂喷涂粉末的形貌图。

图3为实例1、实例2、实例3涂层的X射线衍射图谱。

图4为实例1涂层的截面形貌图。

图5为实例2涂层的截面形貌图。

图6为实例3涂层的截面形貌图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本发明的一种二硅化钼基耐磨复合涂层由过渡层和MoSi₂涂层组成，所述过渡层为Mo材料，所述MoSi₂涂层的厚度为160～300μm。

为制备上述二硅化钼基耐磨复合涂层，本发明的制备方法包括以下步骤：

第一步：制备喷涂粉末

将钼粉和硅粉按原子比例Mo∶Si＝1∶2～2.05进行充分混合，然后在氩气气氛中自蔓延高温合成MoSi₂粉末；球磨破碎至0.05～0.2μm，利用LX-10离心喷雾干燥机进行造粒(参数：离心雾化器转速为18000～22000rpm；进料温度25℃；干燥进口温度为300℃；干燥出口温度为100℃)，然后采用真空微波烧结的方法(1200℃×15min)制备团聚MoSi₂粉体，过筛分级得到粒度范围在18～54μm的球形粉末。粉末的相和微观形貌分别如图1和图2所示。

第二步：以45钢为基材材料，对其表面喷砂粗化处理，使待喷涂表面的粗糙度达到Ra25。采用等离子喷涂技术在45钢表面喷涂Mo过渡层；

第三步：以第一步骤中制备好的粒度范围为18～54μm的MoSi₂粉末为喂料，在Mo过渡层表面喷涂MoSi₂涂层，喷涂工艺参数为：等离子喷涂机输出电压：70V，输出电流：500A，主气流：氩气流量45L/min，送粉速度：25g/min，喷涂距离：100mm。

制备的涂层的物相如图3所示，主相为Mo、MoSi₂和Mo₅Si₃相。涂层的截面形貌如图4，其中灰色相为MoSi₂，浅白色相为富钼相(Mo和Mo₅Si₃混合物)。涂层孔隙率为5.2％，硬度为812HV_0.2。与GCr15(HRC58～62)进行磨损实验，干摩擦条件下的磨损率为4.56×10^-7mm³/N·m。

实施例2：本实施例与实施例1不同的是：喷涂工艺参数为：等离子喷涂机输出电压：65V，输出电流：500A，主气流：氩气流量45L/min，送粉速度：25g/min，喷涂距离：100mm。

制备的涂层的物相如图3所示，主相为Mo、MoSi₂和Mo₅Si₃相。涂层的截面形貌如图5，其中灰色相为MoSi₂，浅白色相为富钼相(Mo和Mo₅Si₃混合物)。涂层孔隙率为5.8％，硬度为782HV_0.2。与GCr15(HRC58～62)进行磨损实验，干摩擦条件下的磨损率为4.88×10^-7mm³/N·m。

实施例3：本实施例与实施例1不同的是：喷涂工艺参数为：等离子喷涂机输出电压：65V，输出电流：550A，主气流：氩气流量45L/min，送粉速度：25g/min，喷涂距离：100mm。

制备的涂层的物相如图3所示，主相为Mo、MoSi₂和Mo₅Si₃相。涂层的截面形貌如图6，其中灰色相为MoSi₂，浅白色相为富钼相(Mo和Mo₅Si₃混合物)，涂层孔隙率为6.1％，硬度为748HV_0.2。与GCr15(HRC58～62)进行磨损实验，干摩擦条件下的磨损率为5.26×10^-7mm³/N·m。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.二硅化钼基耐磨复合涂层，其特征在于：该复合涂层由过渡层和MoSi₂涂层组成，所述过渡层为Mo材料，MoSi₂涂层的厚度为160～300μm。

2.一种权利要求1所述二硅化钼基耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

(1)制备喷涂粉末：用粒径为0.05～0.2μm超细的MoSi₂粉体为原料，利用离心喷雾干燥机进行造粒，然后采用真空微波烧结的方法制备团聚MoSi₂粉体，过筛分级得到粒度范围在18～54μm的MoSi₂球形粉末；

3.根据权利要求2所述的二硅化钼基耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于步骤(1)中真空微波烧结方法制备团聚MoSi₂粉体的温度为1200℃，时间为15min。