[發明專利]一種制備具有較高熱導率的鐵基涂層用粉芯絲材及涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201310134456.2
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN103194711A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 賀定勇;周正;魏建勛;蔣建敏;崔麗;王智慧;李曉延
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/16;C22C38/32
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于材料加工工程中的熱噴涂領域，涉及一種粉芯絲材、涂層的制備方法，特別涉及一種采用電弧噴涂方法制備具有較高熱導率的鐵基涂層的粉芯絲材、涂層的制備方法，該發明主要應用于提高金屬設備傳熱能力等工業領域。

背景技術

隨著國民經濟的發展，工礦機器設備的傳熱問題已受到廣泛關注。如何提高機器部件的傳熱性能（提高熱導率），減少部件的熱損傷，高效利用能源，這些問題已經成為學者們注意的焦點。以造紙烘缸為例，其所用的熱噴涂材料大多注重耐腐蝕性及耐磨性，卻忽略了其熱傳輸性能，這無疑不利于烘缸整體傳熱性能的提升。而紙機干燥部的設備費用占整個紙機動力消耗的50%，蒸汽消耗占紙的生產成本的5%—15%。從節能環保、降低成本的目的出發，要提高熱傳輸能力。提高熱傳輸能力便可降低蒸汽壓，烘缸壁厚也可減薄，烘缸質量下降則傳動耗能同時降低。

隨著對涂層傳熱性能要求的不斷提高，研究新型高傳熱涂層已成為涂層科學發展的新趨勢。而目前國內鮮有將實驗重點著眼于提高鐵基涂層的傳熱能力的報道。一般來說，鑄造金屬基體的傳熱能力遠勝于表面鐵基噴涂層，而熱量須由鑄造金屬基體傳導至涂層，再由涂層傳導至外界，涂層傳熱能力不佳便造成了整體傳熱能力的大幅下降。因此在保證滿足耐磨耐蝕的要求同時，應著重提升涂層傳熱能力。而評價傳熱能力高低的參數為熱導率，熱導率越高，涂層傳熱能力越強。

爆炸噴涂、超音速火焰噴涂、離子噴涂等噴涂等工藝設備復雜，成本高，不適宜原位大面積現場施工，且噴涂原材料粉體制備復雜。而電弧噴涂因具有設備簡單，操作方便，噴涂材料制備方便、經濟，可以實現原位大面積噴涂等優點，已成為在實際應用領域制備熱噴涂層的主要制備方法。

經檢索，目前并無采用電弧噴涂制備具有較高熱導率鐵基涂層相關技術的專利報道。

發明內容

本發明旨在獲得一種采用電弧噴涂制備具有較高熱導率的鐵基涂層的粉芯絲材、涂層制備方法及應用。利用鐵鉻碳合金具備耐蝕、耐磨性及涂層整體較低孔隙率、較少的氧化物含量的特性來改善涂層的服役性能，并強化鐵基涂層傳熱性能，為獲得更高熱能利用率創造可能。

一種采用電弧噴涂制備具有較高熱導率的鐵基涂層的粉芯絲材，所述的粉芯成分質量百分含量范圍如下：B17硼鐵粉:17.5-77.5wt.%；高碳鉻鐵粉:7-15wt.%；45號硅鐵粉:0-4wt.%；鐵粉及不可避免的雜質:余量；粉芯絲材外皮所用帶材為Fe-Cr帶；粉芯絲材填充率：30%。

所述粉芯絲材外皮所用帶材優選為430不銹鋼帶。

優選所述粉芯絲材藥芯成分質量百分含量范圍為：B17硼鐵粉:24.5-62.5wt.%；高碳鉻鐵粉:9-13wt.%；45號硅鐵粉:1-3wt.%；鐵粉及不可避免的雜質:余量。

進一步優選所述粉芯絲材藥芯成分質量百分含量范圍為：B17硼鐵粉:45.5-56.5wt.%；高碳鉻鐵粉:11-12wt.%；45號硅鐵粉:2-2.5wt.%；鐵粉及不可避免的雜質:余量。

采用本發明上述粉芯絲材制備一種具有較高熱導率的鐵基涂層，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將本發明上述粉芯絲材進行粉芯絲材軋制，最終獲得直徑為2.0mm的粉芯絲材。

步驟2，采用電弧噴涂工藝制備涂層，噴涂工藝參數為：電壓28-34V；電流160-220A；噴涂距離：180-200mm；壓縮空氣壓力：0.4-0.6MPa。

步驟2所述噴涂工藝進行優化，將噴涂工藝參數設定為：電壓30-32V；電流180-200A；噴涂距離：190mm；壓縮空氣壓力：0.5-0.6MPa，制備涂層。

采用上述方法制備的一種具有較高熱導率的鐵基涂層；將此涂層應用于金屬設備的傳熱部件上。

一種采用電弧噴涂方法制備具有較高熱導率的鐵基涂層所具有的熱傳輸是其自身組分所決定的。其作用為：

Fe與Cr元素：Fe為基礎元素，擁有較高的熱導率，其熱導率可達78.4W/mK；Cr元素氧化物形成的吉布斯自由能低于Fe元素氧化物形成的吉布斯自由能，因此Cr較Fe先生成氧化物。形成Cr₂O₃氧化膜可有效地包裹噴涂粒子，隔絕粒子與氧的接觸，可減少涂層氧化并增加涂層的抗蝕性。

B元素：B生成氧化物的吉布斯自由能相較最低，因此最先生成氧化物。加入B可顯著減少涂層中氧化物的數量，提高涂層的傳熱性能，還可降低晶界化學能，增強晶粒間結合力。

Si元素：與B聯合起脫氧作用，并起到一定的粗化晶粒提升熱導率的作用。