[發(fā)明專利]一種含碳纖維的耐蝕減磨涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710971296.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN107858624B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃晶;房立家;龔永鋒;所新坤;周平;李華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C23C4/131
• 分類號(hào): C23C4/131;C23C4/06
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發(fā)明公開了一種含碳纖維的耐蝕減磨涂層，在金屬基體上用熱噴涂方法噴涂含碳纖維耐蝕減磨的粉芯絲材，制備得到含碳纖維的耐蝕減磨涂層；所述的粉芯絲材由在碳纖維、耐蝕金屬的復(fù)合粉末混合后得到的粉芯材料的表面包覆耐蝕金屬材料而成；其中碳纖維粉末與耐蝕金屬粉末的質(zhì)量比為2:1～4。本發(fā)明還提供了制備所述含碳纖維的耐蝕減磨涂層的方法：(1)將基體材料進(jìn)行預(yù)處理；(2)采用熱噴涂技術(shù)，將上述粉芯絲材噴涂在預(yù)處理的基體材料表面，得到含碳纖維耐蝕減磨涂層，該制備方法具有操作簡單、工藝流程少、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工工程中的熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含碳纖維的耐蝕減磨涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

海洋環(huán)境是自然條件下金屬腐蝕最嚴(yán)酷的環(huán)境之一，海水是一種強(qiáng)電介質(zhì)溶液，再加上凍融、海霧、臺(tái)風(fēng)、暴雨、工業(yè)排放物等多重腐蝕環(huán)境的綜合作用，造成了海洋腐蝕現(xiàn)象。據(jù)測算，在我國被海洋浸泡的鋼鐵中，每1秒鐘就有1.5噸鋼鐵被腐蝕，加之，海水中夾雜著泥沙等顆粒，在潮汐、行船等過程中，加速了鋼材的磨損消耗。為更好的防護(hù)海工裝備，亟需開發(fā)施工操作方便，防護(hù)性能好的耐蝕兼具耐磨或減磨涂層及相關(guān)設(shè)備。

目前，電弧噴涂耐蝕金屬材料，如Al，Zn或Al/Zn保護(hù)涂層在海洋鋼結(jié)構(gòu)、船舶制造業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，但由于這類材料相對(duì)較軟，在實(shí)際應(yīng)用中常受水流及水中夾帶的泥沙等磨粒對(duì)涂層產(chǎn)生磨損，極大地破壞耐蝕涂層，最終導(dǎo)致涂層失效。

碳纖維是一類新型碳材料，由于其高比強(qiáng)度和高比模量、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，且同時(shí)具有一般碳材料的特性，如低膨脹系數(shù)、高溫性能、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等，被認(rèn)為是最有潛力的增強(qiáng)材料。碳纖維具有“亂層石墨”結(jié)構(gòu)，因此與石墨一樣具有良好的自潤滑和減磨性能。因此，開發(fā)含碳纖維的耐蝕減磨涂層應(yīng)用于海洋工程裝備表面防護(hù)，具有良好的可行性和應(yīng)用價(jià)值。

耐蝕減磨涂層，傳統(tǒng)的制備方法主要有自潤滑液處理、等離子噴涂、火焰噴涂、粉末冶金、電火花沉積工藝、激光熔覆技術(shù)等，采用的自潤滑材料一般為石墨、MoS2和CaF2等。傳統(tǒng)的制備或工藝復(fù)雜、設(shè)備昂貴，或生產(chǎn)成本較高、不宜工業(yè)化，或殘余氣體有毒有害，或薄膜面積小、不宜大規(guī)模成膜，或成膜基體受限等。因此，要實(shí)現(xiàn)耐蝕減磨涂層的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，亟需開發(fā)一種新型的低成本、高質(zhì)量、大面積、適合工業(yè)化生產(chǎn)的涂層制備技術(shù)。

熱噴涂技術(shù)是一種表面強(qiáng)化技術(shù)，是表面工程技術(shù)的重要組成部分，是適合工業(yè)化、大面積生產(chǎn)的表面技術(shù)。其中，新發(fā)展的粉芯絲材電弧噴涂技術(shù)是在傳統(tǒng)電弧噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它使原有的實(shí)芯金屬絲材改為粉芯金屬絲材，與實(shí)心絲材和粉末相比，同時(shí)具備絲材和粉末的優(yōu)點(diǎn)，既能方便地根據(jù)涂層成分要求來調(diào)節(jié)絲材成分，拓寬了涂層材料的成分和種類范圍，滿足了對(duì)涂層多功能化、多元化和高性能化的要求，同時(shí)加工方便、成本低、使用設(shè)備簡單、操作方便，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α＝陙?，國?nèi)外已經(jīng)開發(fā)了多種粉芯絲材，廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、汽車制造等工業(yè)領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于制造含碳纖維的耐蝕減磨粉芯絲材，并采用電弧噴涂技術(shù)在金屬基體表面制備含碳纖維的耐蝕減磨涂層，以提高金屬材料的耐蝕和耐磨性能。

一種含碳纖維的耐蝕減磨粉芯絲材，包括粉芯材料和包覆所述粉芯材料的耐蝕金屬材料；所述的粉芯材料由碳纖維、耐蝕金屬粉末混合得到，其中碳纖維粉末和耐蝕金屬粉末質(zhì)量比為2:1～4；

所述的耐蝕金屬粉末為鋁粉、316L不銹鋼粉、304不銹鋼粉、鎳粉或鎳鋁粉中的至少一種；

所述的包覆用耐蝕金屬材料選自鋁帶、不銹鋼帶、鎳帶或鎳鋁合金帶。

本發(fā)明粉芯絲材通過如下方法來制備：

將碳纖維粉末和耐蝕金屬粉末加入到球磨罐中，進(jìn)行球磨處理，使其充分混勻或復(fù)合得到粉芯材料，利用包絲機(jī)將粉芯材料包裹于耐蝕金屬材料中，并經(jīng)過粉芯絲材成型裝置拉拔減徑等工序得到粉芯絲材。