[發明專利]一種含有氧化鈰的三元硼化物陶瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201210195288.3
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102703850A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 董世知;馬壯;李智超
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10;C23C4/12
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于涂層制備技術領域，具體涉及一種含有氧化鈰的三元硼化物陶瓷涂層。

背景技術

目前，三元硼化物（Mo₂FeB₂）陶瓷涂層的制備方法主要集中在真空液相燒結法、原位反應合成法，但制備工藝均存在一定不足。目前，國內對于三元硼化物陶瓷涂層的研究較少，自潤滑三元硼化物陶瓷涂層的研究更是未見報道。稀土元素具有獨特的物理化學性質，在潤滑材料的應用中取得了較大的成績，稀土元素還有許多未被人們認識的特殊性質，特別是其化合物的作用機理更有待于探討。將其添加到三元硼化物陶瓷涂層中，預期獲得具有較低摩擦系數的三元硼化物金屬陶瓷涂層的研究從未見過報道。

金屬基陶瓷涂層材料，因其兼具了金屬與陶瓷的雙重優點，得到了廣泛的應用。近年來，三元硼化物基金屬陶瓷作為一種性能優良的新型硬質材料，備受國內外學者的重視。目前，日本、美國等少數幾個發達國家已經研究了多個體系的三元硼化物基金屬陶瓷，并已應用于制罐工具、注射成型機的零件、鋼絲冷熱拉模、鍋爐熱交換管的保護零件等。而國內對于三元硼化物陶瓷的研究起步較晚，對于三元硼化物陶瓷涂層的研究更是始于近幾年。三元硼化物基金屬陶瓷具有高硬度、高強度、低密度和高剛度，以及優異的化學穩定性和高溫力學性能等特點，但其摩擦因數一般都比較高，一般達到0.7-0.8之間，很難實現無油自潤滑的目的。且傳統的潤滑方式存在以下不足：1）潤滑劑中的添加劑不與陶瓷表面發生作用，因而不能形成能充分接觸的邊界膜；2）現有潤滑劑由于隨溫度升高，其粘性呈指數下降，易造成微凸體直接接觸；3）高溫下容易發生液態潤滑劑的性能衰減。因此，開展有關陶瓷基復合材料摩擦學性能的研究日益受到重視，已經成為當前材料科學和摩擦學領域的前沿課題之一。實現涂層的抗磨性與摩擦系數之間的配合協同成為解決該問題的重中之重。

發明內容

本發明采用熱噴涂技術，以Mo粉、Fe粉和FeB粉為原料在Q235鋼基體上制備了Mo₂FeB₂三元硼化物陶瓷涂層，并在此基礎上加入具有減摩作用的CeO₂粉末，采用熱噴涂技術制備含有CeO₂組元的陶瓷涂層，利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）等設備和手段分析了噴涂粉末和陶瓷涂層的組成及形貌，并對涂層的熱震性能、致密性、顯微硬度、摩擦磨損性能進行測試，逐一分析CeO₂的添加對陶瓷涂層組織結構及性能的影響。

本發明的含有氧化鈰的三元硼化物陶瓷涂層的制備方法，包括如下步驟：

第一步，基體預處理：

選用Q235鋼板材，對其表面進行粗化處理后，在基體表面噴涂Ni-Al過渡層。

第二步，噴涂喂料的制備：

將Mo粉、FeB合金粉和Fe粉混合均勻，按照質量比ω（FeB）：ω（Mo）：ω（Fe）=32：48：20混合均勻成為金屬粉末，向金屬粉末中加入PVB粘結劑，金屬粉末與PVB粘結劑的質量比例為5：1，在100℃烘干箱中烘干1.5~2h，將烘干后的團聚粉體破碎，過200目篩，然后向其中加入質量百分比為1%～5%稀土氧化鈰，混合均勻，得到噴涂喂料。

第三步，陶瓷涂層的制備：

對預處理后的基體進行預熱，然后噴涂制備陶瓷涂層，噴涂后進行重熔，冷卻。噴涂工藝參數為：噴射角度70～85°，噴涂距離130～150mm，移動速度60～90mm·s^-1，氧氣壓力0.6～0.8Mpa，乙炔壓力0.10～0.11Mpa。

本發明提供的含有CeO₂組元的陶瓷涂層，當陶瓷涂層制備中添加氧化鈰的質量百分比為1～5%，陶瓷涂層的顯微硬度Hv_0.1為665～1405，孔隙率為7.61～21.78%，熱震次數40次以上，粘結面積為225mm²條件下，抗拉強度為15.99～19.8MPa，涂層的摩擦系數在0.31～0.52之間。

當陶瓷涂層制備中添加氧化鈰的質量百分比為1～4%，陶瓷涂層的顯微硬度Hv_0.1為817～1405，孔隙率為7.61～15.58%，熱震次數53次以上，粘結面積為225mm²條件下，抗拉強度為16.9～19.8MPa，涂層的摩擦系數在0.34～0.52之間。

附圖說明

圖1為本發明的含有氧化鈰的陶瓷涂層制備方法流程圖；

圖2為本發明中陶瓷涂層結合力的測定簡圖；