一种含有氧化铈的三元硼化物陶瓷涂层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种含有氧化铈的三元硼化物陶瓷涂层及其制备方法，属于涂层制备技术领域。本发明采用热喷涂技术，以Mo粉、Fe粉和FeB粉为原料在Q235钢基体上制备了Mo₂FeB₂三元硼化物陶瓷涂层；并在此基础上加入具有减摩作用的CeO₂粉末，采用相同工艺制备含有CeO₂组元的Mo₂FeB₂三元膨化物陶瓷涂层。本发明制备涂层耐磨粒磨损性能较Q235基体提高50%，耐粘着磨损性能较Q235基体提高59%，表现出良好的抗磨损性能，其摩擦系数较高为0.31～0.52之间。

主权项

一种含有氧化铈的三元硼化物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：第一步，基体预处理：选用Q235钢板材，对其表面进行粗化处理后，在基体表面喷涂Ni‑Al过渡层；所述的基体表面粗化采用喷砂处理，工艺参数为：喷砂磨粒为20目刚玉砂，喷涂距离120mm，喷砂角度90°，压缩空气压力0.7MPa；Ni‑Al过渡层的制备选用镍包铝合金粉末，粒度103.55μm，Al元素的含量为质量百分比10.24％，其余为Ni；首先用火焰喷枪对粗化的基体试样进行预热，预热温度400℃，时间6分钟，预热后立即在基体表面喷涂Ni‑Al过渡层；第二步，喷涂喂料的制备：将Mo粉、FeB合金粉和Fe粉分别取32g、48g、20g混合均匀，加入20gPVB粘结剂，在100℃烘干箱中烘干1.5h，将烘干后的团聚粉体破碎，过200目筛，然后向其中加入质量百分比为3％稀土氧化铈，混合均匀，得到喷涂喂料；所述喷涂喂料中铁粉粒度4.95μm，硼铁粉FeB粒度6.47μm，氧化铈为分析纯，钼粉粒径300目；第三步，陶瓷涂层的制备：对预处理后的基体进行预热，然后喷涂制备陶瓷涂层，喷涂后进行重熔，冷却；喷涂工艺参数为：喷射角度75°，喷涂距离140mm，移动速度80mm·s^‑1，氧气压力0.8Mpa，乙炔压0.11Mpa；所述基体预热温度350℃，时间5～7min；重熔温度750℃，时间2min；上述方法制备得到的陶瓷涂层中，主要相为Mo₂FeB₂、Fe、FeMoO₄、B₂O₃和CeO₂，涂层与Ni‑Al层之间结合紧密，界线不明显；涂层的显微硬度Hv0.1为879～1405，孔隙率为7.61％，热震次数60次以上，粘结面积为225mm²条件下，抗拉强度为19.80MPa；磨损时间为10min时，陶瓷涂层磨损量为0.0072g，耐磨性是未添加CeO2陶瓷涂层的3.81倍；磨损时间为15min时，陶瓷涂层磨损量为0.0087g，耐磨性是未添加CeO₂陶瓷涂层的4.37倍；磨损时间为20min时，陶瓷涂层磨损量为0.0148g，耐磨性是未添加CeO₂陶瓷涂层的3.34倍；在300N的载荷下，陶瓷涂层的磨损量为0.0041g，耐磨性是未添加CeO₂陶瓷涂层的3.00倍；在400N载荷下，陶瓷涂层的磨损量为0.0072g，耐磨性是未添加CeO₂陶瓷涂层的3.81倍；在500N载荷下，陶瓷涂层的磨损量为0.0043g，耐磨性是未添加CeO₂陶瓷涂层的10.44倍；涂层的摩擦系数在0.34～0.36之间；所述的PVB粘结剂制备步骤具体如下：(1)用量筒量取50ml浓度为98％的无水乙醇倒入150ml烧杯里，放在定时恒温磁力搅拌器上加热到60℃；(2)称取3.75g的PVB，加入到烧杯中并不断用玻璃棒搅拌，使无水乙醇和PVB充分混合，直至PVB完全溶解后停止加热，最终得到无色、透明的PVB粘结剂。