一种FEHFO2纳米涂层材料及其制备方法.pdf

本发明涉及一种Fe-HfO2纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Fe占57-78份、HfO2占29-38份、TiO2占1份、微量元素占0.21-0.98份，所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co，其制备方法为：采用气雾化法制得Fe-HfO2的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Sn、Co制得纳米粉末。本发明制成的Fe-HfO2纳米涂层的硬度可达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高。

权利要求书
1.  一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Fe占57-78份、HfO2占29-38份、TiO2占1份、微量元素占0.21-0.98份；
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。

2.  一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-HfO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Sn、Co制得纳米粉末。

说明书一种Fe-HfO2纳米涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Fe-HfO2纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂是一种表面强化技术，它是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。
热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的，符合我国节能减排的政策要求，也是世界工业发展的趋势。
然而，传统的热喷涂所采用的喷涂材料硬度有限，耐磨性和耐腐蚀性达不到使用要求，随着人们在各个领域的深入发展，在各种恶劣条件下施工已经成为了人们的常见任务，而这就给工件的耐腐蚀性和耐磨性提出了更高的要求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种Fe-HfO2纳米涂层材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占57-78份、HfO2占29-38份、TiO2占1份、微量元素占0.21-0.98份，所述TiO2作为添加剂加入，能提高材料的硬度和结合强度。
HfO2是一种具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，耐火性强，可提高涂层耐高温性。
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。
Mo的纯金属是银白色，非常坚硬。把少量Mo加到Fe之中，可显著提高纳米涂层的硬度。
Sn在空气中表面生成二氧化锡保护膜而稳定。
Co是具有光泽的钢灰色金属，比较硬而脆，在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定。Co的物理、化学性质决定了它是生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料。钴基合金或含钴合金钢综合力学性能优异，是常用作燃汽轮机的叶片、叶轮、导管、喷气发动机、火箭发动机、导弹的部件和化工设备中各种高负荷的耐热部件以及原子能工业的重要金属材料。
一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-HfO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Sn、Co制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明制成的Fe-HfO2纳米涂层的硬度可达HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，结合强度、抓附力较高，密度可达6.33g/cm3,喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.52，本发明综合性能优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步，在相同的条件下，Fe-HfO2纳米涂层的结合强度是普通涂层的1.4倍以上。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占57份、HfO2占29份、TiO2占1份、微量元素占0.21份。
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。
一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Fe-HfO2的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、B、Sn、Co制得纳米粉末。
实施例二：
一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占62份、HfO2占33份、TiO2占1份、微量元素占0.46份。
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。
一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例三：
一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占67份、HfO2占35份、TiO2占1份、微量元素占0.79份。
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。
一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例四：
一种Fe-HfO2纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Fe占78份、HfO2占38份、TiO2占1份、微量元素占0.98份。
所述微量元素为C、Mo、B、Sn、Co。
一种Fe-HfO2纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
采用等离子喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Fe-HfO2纳米涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1 Fe-HfO2纳米涂层与20Co钢基体的性能对比实验结果：
实验组编号孔隙率(AREA％)结合强度(MPa)显微硬度(HV)10.44777.275420.45271.485330.51881.474140.46788.2686平均值0.40370.6941对比组0.85250.4373
采用等离子喷涂技术在以20Co钢为基体的棍类工件上制得Fe-HfO2涂层，带 有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：
表2 Fe-HfO2纳米涂层与20Co钢基体的磨损量对比实验结果：
实验组编号磨损前(g)磨损后(g)磨损量(g)151.656851.65060.0062251.367351.36120.0061351.978451.96230.0061451.678851.67310.0057对比组51.629851.61210.0177
由表1和表2可见，Fe-HfO2纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：Cr12MoV、Cr12、SKD61、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、8Cr3等，还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。