一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于表面工程及热喷涂技术领域，尤其涉及一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料的制备及应用。

背景技术：

在某些特殊的高温或熔融金属腐蚀的环境下工作的工件，表面往往要接受高温金属侵蚀、冷热交替带来的热负荷、以及一些特殊摩擦等考验，因此就需要一种特殊的涂层技术来满足这些苛刻的要求。目前常用涂层有表面渗硼、HVOF喷涂WC-Co或Fe-Al、等离子喷涂陶瓷涂层等，以上解决方案虽可以起到一定的效果，但在严苛的环境下，涂层性能仍不能让人满意。例如表面渗硼涂层表面易裂导致防护失效，HVOF喷涂WC-Co涂层易剥落、且耐腐蚀性有限，等离子喷涂陶瓷涂层由于涂层的热膨胀系数和基体相差较大，且机械强度不佳，涂层寿命也不长久。

因此，制备一种致密的、且在耐热蚀、抗高温滑动磨损、耐熔融金属侵蚀等方面均具有优异性能的涂层材料，来满足特殊高温或熔融金属腐蚀的环境使用要求实为必要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明通过独特的原料选择和配比，以及相应的工艺步骤和参数限定，制备出了一种在耐热蚀、抗高温滑动磨损、耐熔融金属侵蚀等方面具有显著优势的硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料，特别适合于垃圾焚烧炉以及热镀锌生产线的沉没辊、稳定辊、轴套等零部件的表面热喷涂。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料，该热喷涂材料按照质量百分比，含有Mo_xB_y60%～80%、Ni或Co10%～30%、Cr5%～20%、W_mB_n0%~5%，其中Mo_xB_y为MoB或MoB₂中的至少一种，W_mB_n为WB或WB₂或W₂B₅中的至少一种，其他杂质含量小于1%。

其中，所采用的原料Mo_xB_y粉末的粒度为1～6μm，Ni粉末的粒度为1～6μm，Co粉末的粒度为0.5～2μm，Cr粉末的粒度为0.5～6.5μm，W_mB_n粉末粒度为1~7μm。

一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料的制备方法，采用了纯水作为研磨介质，同时为改善成形性添加一定比例聚乙烯醇，包括如下步骤：

步骤一、按照重量百分比，分别称取Mo_xB_y粉末60%～80%、Ni粉末或Co粉末10%～30%、Cr粉末5%～20%、W_mB_n粉末0%~5%，备用；

步骤二、将步骤一称取的物料加入到球磨机中，按照（2～4）:1的球料比，以纯水作为研磨介质，纯水的电导率不高于5us/cm，同时添加步骤一中原料总质量9%-16%的聚乙烯醇作为粘结剂，进行球磨12～96h；

步骤三、对步骤二球磨后所得料浆进行喷雾造粒，之后，转置于真空炉内，于1000～1400℃温度下进行烧结0.5～4h；

步骤四、将步骤三烧结后所得物料放入粉碎机中粉碎成粉末，之后，按照产品的粒度分布要求选择合适目数的筛网进行筛分，即得热喷涂涂层材料。

所述步骤三中，真空炉内的真空度为-80～-100KPa。

利用本发明的一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料进行基体材料上涂层喷涂的方法，包括对基体材料依次进行除油处理、喷砂处理和表面净化处理的步骤；采用一种或多种涂层材料对基体材料进行打底的步骤；将喷涂材料置于150℃温度下进行烘干处理60min的步骤；以及采用烘干后的喷涂材料对打底层表面进行热喷涂的步骤。

所述喷砂处理中的喷砂压力为0.3MPa，喷砂后的表面粗糙度不小于2μm，不大于6μm。

所述热喷涂步骤所采用的喷涂方法为超音速火焰喷涂或等离子喷涂。

本发明的一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料的应用，主要是应用于垃圾焚烧炉或热镀锌炉部件的表面修复和强化处理。

有益效果：

1、本发明选用的含硼化合物Mo_xB_y 及W_mB_n均具有极高的硬度及优异的耐Zn、Al熔融腐蚀、抗热震等性能。在涂层粉末材料的制备过程中涂层原料中添加的Ni、Co和Cr等金属元素能够扩散、渗透入难溶物Mo_xB_y 和W_mB_n的内部，并与Mo_xB_y 和W_mB_n发生复杂的生化反应，生成更多的含Mo、W、Co、Cr、Ni的硼化物，形成稳定的金属键，从而进一步增强了涂层的耐熔融金属腐蚀、抗热震等性能。

2、本发明在制备过程中同时添加一定比例的聚乙烯醇作为粘结剂，采用该粘结剂调整混合料浆的粘度，所制备的涂层材料粉末球形度极佳，流动性好，通过调整添加剂含量可以获得不同松装密度和流动性的粉末。

3、本发明在制备涂层过程中，通过调整制备喷砂后的表面粗糙度不小于2μm，不大于6μm，来增强涂层与基体的机械咬合，且采用一种或多种涂层材料Ni-Cr或Co-Cr-Ni-WC打底，来减小涂层与基体间的热膨胀系数差异，防止涂层剥落，从而获得寿命长的涂层。采用本发明方法制作的涂层与常规的涂层相比，在耐热蚀、抗高温滑动磨损、耐熔融金属侵蚀等方面具有显著的优势，其涂层的显微硬度达到1100 HV0.3以上，孔隙率低，特别适合于垃圾焚烧炉或热镀锌生产线的沉没辊、稳定辊、轴套等零部件的表面修复和强化处理。

附图说明

图1为本发明所制备的涂层材料的SEM电镜图像；

图2为本发明所制备的涂层材料热喷涂成涂层后的截面金相形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细的阐述和说明。

一种硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料，该热喷涂涂层材料按照质量百分比，含有Mo_xB_y60%～80%、Mo_xB_y为MoB或MoB₂中的至少一种，Ni或Co10%～30%、Cr5%～20%、W_mB_n0%~5%，W_mB_n为WB或WB₂或W₂B₅中的至少一种，其他杂质含量小于1%。

该涂层材料的制作过程包括如下步骤：

步骤一、按照重量百分比，分别称取Mo_xB_y粉末60%～80%、Ni粉或Co粉10%～30%、Cr粉5%～20%、W_mB_n粉末0%~5%进行混合，制得混合粉料，备用；

步骤二、将步骤一制得的混合粉料加入到球磨机中，按照（2～4）:1的球料比，以纯水作为研磨介质，并向混合粉料中加入其质量9%-16%的聚乙烯醇作为粘结剂，进行球磨12～96h；

步骤三、对步骤二球磨后所得料浆进行喷雾造粒，之后，转置于真空炉内，于1000～1400℃温度下进行烧结0.5～4h；

步骤四、将步骤三烧结后所得物料放入粉碎机中粉碎成粉末，之后，按照产品的粒度分布要求选择合适目数的筛网进行筛分，即得热喷涂涂层材料。

这种涂层粉末具有优异的耐熔融金属侵蚀、耐热震和耐高温磨损性能。利用该硼化钼陶瓷系热喷涂涂层材料进行基体材料上涂层喷涂的方法为：对基体材料依次进行除油处理、喷砂处理和表面净化处理的步骤；采用一种或多种涂层材料对基体材料进行打底的步骤；将喷涂材料置于150℃温度下进行烘干处理60min的步骤；以及采用烘干后的喷涂材料对打底层表面进行热喷涂的步骤。其应用方法为：在基体材料上通过超音速火焰喷涂或等离子喷涂热喷涂，即可获得耐熔融金属侵蚀、耐热震和耐高温磨损性能优异的涂层，尤其适用于垃圾焚烧炉及热镀锌炉部件的修复与强化处理。

实施例1：

1）、按照MoB 69%，MoB₂ 6%，Ni 17%，Cr 5%，WB 1.5%、WB₂ 1.5%的重量百分配比配料，所用MoB 、MoB₂和WB、WB₂原料平均粒度为4μm，Ni原料平均粒度为3μm，Cr原料平均粒度为3μm，并将物料放入球磨机中，按照4:1的球料比，以电导率为4us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量16%的聚乙烯醇，进行球磨24h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-98KPa，烧结温度为1400℃，烧结时间0.5h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为6μm。之后，对表面净化处理。采用Ni-Cr粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1100HV0.3，孔隙率0.97%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例2：

1）、按照MoB 52%，MoB₂ 8%，Co19%，Cr 16%，WB 3%、WB₂ 1%、W₂B₅ 1%的重量百分配比配料，所用MoB 、MoB₂和WB、WB₂、W₂B₅原料平均粒度为1μm，Co原料平均粒度为0.8μm，Cr原料平均粒度为3μm，并将物料放入球磨机中，按照3:1的球料比，以电导率为5us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量11%的聚乙烯醇，进行球磨72h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-96KPa，烧结温度为1100℃，烧结时间4h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为2μm。之后，对表面净化处理。采用Ni-Cr粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1050HV0.3，孔隙率0.82%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例3：

1）、按照MoB 58%，MoB₂ 2%，Co 30%，Cr 5%，WB 2%，WB₂ 3%的重量百分配比配料，所用MoB 、MoB₂和WB、WB₂原料平均粒度为5μm，Co原料平均粒度为2μm，Cr原料平均粒度为2μm，并将物料放入球磨机中，按照4:1的球料比，以电导率为3us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量16%的聚乙烯醇，进行球磨72h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-96KPa，烧结温度为1000℃，烧结时间3h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为5μm。之后，对表面净化处理。采用Co-Cr-Ni-WC粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1050HV0.3，孔隙率0.70%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例4：

1）、按照MoB 58%，MoB₂ 5%，Ni 30%，Cr 5%，WB 2%，WB₂ 2%，W₂B₅ 1%的重量百分配比配料，所用MoB、MoB₂和WB、WB₂、W₂B₅原料平均粒度为2μm，Ni原料平均粒度为1.5μm，Cr原料平均粒度为4μm，并将物料放入球磨机中，按照4:1的球料比，以电导率为2us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量16%的聚乙烯醇，进行球磨96h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-80KPa，烧结温度为1190℃，烧结时间3h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用等离子喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为Sulzer Metco的9MC，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为4μm。之后，对表面净化处理。采用Co-Cr-Ni-WC粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1100HV0.3，孔隙率0.73%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例5

1）、按照MoB 43%，MoB₂ 27%，Co 20%，Cr 10%，所用MoB 、MoB₂原料平均粒度为6μm，Co原料平均粒度为0.5μm，Cr原料平均粒度为6.5μm，并将物料放入球磨机中，按照3:1的球料比，以电导率为5us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量13%聚乙烯醇，进行球磨12h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-100KPa，烧结温度为1250℃，烧结时间1h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为3μm。之后，对表面净化处理。采用Co-Cr-Ni-WC粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1050HV0.3，孔隙率0.61%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例6

1）、按照MoB 64%，MoB₂ 16%，Co 10%，Cr 10%，所用MoB 、MoB₂原料平均粒度为4μm，Co原料平均粒度为0.8μm，Cr原料平均粒度为0.5μm，并将物料放入球磨机中，按照3:1的球料比，以电导率为3us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量9%的聚乙烯醇，进行球磨48h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-89KPa，烧结温度为1230℃，烧结时间2h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为5μm。之后，对表面净化处理。采用Co-Cr-Ni-WC粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1150HV0.3，孔隙率0.92%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。

实施例7

1）、按照MoB 60%，MoB₂ 18%，Ni 10%，Cr 12%，所用MoB 、MoB₂原料平均粒度为4μm，Co原料平均粒度为1.2μm，Cr原料平均粒度为4μm，并将物料放入球磨机中，按照2:1的球料比，以电导率为2us/cm的纯水作为研磨介质，并向混合物料中加入占原料总质量9%的聚乙烯醇，进行球磨48h；之后，对所得料浆进行喷雾造粒，然后在真空条件下进行烧结，烧结真空度为-95KPa，烧结温度为1200℃，烧结时间2h。烧结后对所得物料进行粉碎，然后，将所得粉末进行分级处理，得到一种粒度为15-45μm的热喷涂涂层材料。

2）、采用超音速火焰喷涂将该热喷涂涂层材料制备成涂层，典型设备为PRAXAIR/TAFA的JP8000，具体方法为：首先对所需喷涂的316L不锈钢基体表面进行除油处理，之后进行喷砂处理，喷砂压力为0.3MPa，喷砂材料为80#刚玉砂，喷砂结束后的表面粗糙度为6μm。之后，对表面净化处理。采用Co-Cr-Ni-WC粉末进行打底处理，获得80μm的打底层。对喷涂粉末于150℃的烘干60min，之后对待喷涂物件进行连续喷涂，获得厚度为270微米的涂层。

3）、经试验测定：该涂层显微硬度为1150HV0.3，孔隙率0.98%，在铝含量为0.2%的锌液中经460℃腐蚀720h后，部分涂层被锌腐蚀，大部分涂层厚度没有发生明显变化，带涂层部位基体完好。