权利要求
1.一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，所述方法步骤如下：
(1)将镍铬金属粉末和碳化铬粉末混合，得到镍铬-碳化铬粉末;
(2)粉末灌装：将镍铬-碳化铬粉末通过针管注入空心铜管中;
(3)通过电弧喷涂将粉芯丝材覆在基材上，得到复合涂层;
(4)热加工变形：在管式炉中进行退火处理;然后再进行轧制处理。
2.根据权利要求1所述增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中按镍铬金属粉末和碳化铬粉末质量比为1:3的比例混合。
3.根据权利要求1所述增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中镍铬-碳化铬粉末的质量百分比为5%~25%，空心铜管的质量百分比为75%~95%。
4.根据权利要求1所述增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述空心铜管为纯铜直径为2mm-3mm。
5.根据权利要求1所述增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(3)喷涂采用氩气保护，压力0.5~1.2MPa，所述喷涂距离50~500mm、喷枪移动速度20~50cm/s、送丝速度为1~10cm/s;涂层厚度150~250微米;所述基材为低碳钢。
6.根据权利要求1所述增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：所述步骤(4)退火温度为：800-1050℃，升温速率：5℃/min~15℃/min;处理时间为：180min。
7.根据权利要求1所述的一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述轧制为冷轧，轧制2道次，压下量30%-50%。
8.权利要求1~7任意一项所述方法制备得到的增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，属于复合材料制备技术领域。
背景技术
[0002]金属材料是国民经济与日常生活的重要基础，然而其在使用过程中普遍面临自然环境(如盐分、湿度、紫外辐射等)引发的腐蚀与磨损问题;特别是在海洋工程等苛刻应用场景中，金属结构件长期处于高腐蚀性介质中，其耐久性与服役安全性受到严峻挑战;传统整体贵金属材料成本过高，而常规涂层技术又存在孔隙率高、结合力弱、功能单一等缺陷。
[0003]现有技术方案往往难以在长效防腐与机械耐磨之间实现理想平衡，导致工程设施提前失效、维护频率与成本显著增加，并带来资源浪费与潜在的安全风险;传统实心丝材电弧喷涂的局限性很大，很多性能优异的合金(如碳化钨等金属陶瓷)非常硬、脆，无法拉拔成连续、柔软的丝材。对于两种熔点、物理性质差异巨大的金属(如铝和锡)，很难制成均匀的合金丝材。等离子喷涂等粉末工艺设备昂贵，能耗高，沉积效率相对较低。
[0004]鉴于此，开发一种能够显著提升金属材料表面耐腐蚀性与抗磨损性的高效技术，对于保障重大工程安全、延长材料服役寿命、实现资源节约具有重要意义，已成为本领域技术研发的重要方向。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，首先通过灌粉技术，将不同比例的镍铬碳化铬粉末灌装入空心铜管，然后再通过电弧喷涂等技术在钢基体表面进行喷涂，后续对复合板进行热处理+轧制;分别对不同粉末比例的复合板进行耐磨和耐腐蚀测试，所述方法具体步骤如下：
(1)将镍铬金属粉末和碳化铬粉末混合，得到镍铬-碳化铬粉末。
[0006](2)粉末灌装：将镍铬-碳化铬粉末通过针管注入空心铜管中。
[0007](3)通过电弧喷涂将粉芯丝材覆在基材上，得到复合涂层。
[0008](4)热加工变形：在管式炉中进行退火处理;然后再进行轧制处理。
[0009]优选的，所述步骤(1)中按镍铬金属粉末和碳化铬粉末质量比为1:3的比例混合。
[0010]优选的，所述步骤(2)中镍铬-碳化铬粉末的质量百分比为5%~25%，空心铜管的质量百分比为75%~95%。
[0011]将混合粉末通过针管注入空心铜管中中所述空心铜管为纯铜，直径为2~3mm。
[0012]优选的， 所述步骤(3)喷涂采用氩气保护，压力0.5~1.2MPa，所述喷涂距离50~500mm、喷枪移动速度20~50cm/s、送丝速度为1~10cm/s;涂层厚度150~250微米;所述基材为低碳钢15号钢。
[0013]优选的，所述步骤(4)退火温度为;800~1050℃：升温速率：5℃/min~15℃/min;处理时间为：180min。
[0014]优选的，步骤(4)中，所述轧制为冷轧，轧制2道次，压下量30%-50%。
[0015]本发明的目的之二在于提供一种采用本发明制备方法制备得到的耐腐蚀耐磨的复合涂层。
[0016]本发明所述方法可以适用任何合金粉末、金属陶瓷粉末或复合粉末，只要它们能被研磨到合适的粒度;极大地拓展了涂层的性能边界(耐磨、耐腐蚀、耐高温、可磨耗密封等)。
[0017]本发明的有益效果：
电弧喷涂制备的铜涂层本身不耐腐蚀，这是由于在电弧喷涂是过程会引入大量微观孔隙和氧化物夹杂;这些孔隙为腐蚀介质(如Cl⁻, O2, H2O)提供了进入涂层内部的通道，导致局部腐蚀，大大增加了有效腐蚀面积，且铜相较于其他金属硬度较低较软也不耐磨;在此基础上，本发明设计了一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法;铬作为活性元素，在喷涂的过程中容易发生氧化，优先生成一层氧化膜，氧化物优先在孔隙和裂纹处附近产生，由于氧化铬填充了涂层中的孔隙，且经过轧制，提高了涂层的致密度，涂层致密化加上氧化膜协同效应使得涂层耐腐蚀性有效的得到了提升;同时在经过喷涂后，镍铬碳化铬作为硬质相分布在较软的铜基体中，在摩擦过程中能有效承载载荷，减少实际接触面积，从而降低摩擦力和磨损;轧制通过塑性变形使涂层致密化，消除了大部分孔隙，并引入了加工硬化效应，提高了表层硬度;这有助于抑制严重的粘着磨损，从而使摩擦曲线更为稳定。
附图说明
[0018]图1是本发明实施例1、2、3的制备流程图。
[0019]图2是本发明实施例1粉芯丝材的SEM图。
[0020]图3是本发明实施例1、2、3涂层喷涂态和退火态表面宏观形貌图。
[0021]图4是本发明实施例1、2、3轧制态涂层的面扫图。
[0022]图5是本发明实施例1、2、3及对比例1轧制态极化曲线图。
[0023]图6是本发明实施例1、2、3及对比例1轧制态摩擦率曲线图。
具体实施方式
[0024]下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
[0025]一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按镍铬金属粉末和碳化铬粉末质量比为1:3的比例均匀混合。
[0026](2)粉末灌装：将镍铬金属和碳化铬混合粉末(占总体质量5%)通过针管注入空心铜管中;中所述空心铜管为纯铜，直径为2mm。
[0027](3)电弧喷涂采用氩气保护，压力0.5MPa，所述喷涂距离50mm、喷枪移动速度20cm/s、送丝速度为1cm/s;涂层厚度250微米;所述基材为低碳钢。
[0028](4)退火：800℃：升温速率：5℃/min;处理时间为：180min。
[0029](5)轧制：冷轧，轧制2道次，总体压下量30%;得到耐腐蚀耐磨的复合涂层。
[0030]本实施例喷涂后的涂层如图3(a)所示，本实施喷涂后的涂层厚度均匀，无脱落现象产生;对本实施例制备的涂层经过轧制后进行电化学测试，如图5(5%)所示，经测试得出，该涂层材料其自腐蚀电位(-0.840V)、电流密度(23.23μA/cm2)和腐蚀速率(0.278mm/a);又进行摩擦磨损测试，如图6(5%)所示，经测试得出该涂层材料平均摩擦系数为0.171。
[0031]该涂层材料通过粉芯丝材电弧喷涂技术，退火和轧制的协同作用，实现了成分的均匀化分布与紧密结合;铬作为活性元素，在喷涂的过程中容易发生氧化，且氧化物优先在孔隙和裂纹处附近产生，由于氧化铬填充了涂层中的孔隙，且经过轧制，提高了涂层的耐腐蚀性。同时镍铬碳化铬涂层在高温下仍可以保持较高的硬度，在涂层中弥散分布，作为硬质相分布在较软的铜基体中，在摩擦过程中能有效承载载荷，减少实际接触面积，从而降低摩擦力和磨损，进而提升了材料的耐磨性能，最终使涂层具备耐腐蚀和耐磨性能。
实施例2
[0032]一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按镍铬金属粉末和碳化铬粉末质量比为1:3的比例均匀混合。
[0033](2)粉末灌装：将镍铬金属和碳化铬混合粉末(占总体质量15%)通过针管注入空心铜管中;中所述空心铜管为纯铜，直径为2.5mm。
[0034](3)电弧喷涂采用氩气保护，压力1.2MPa，所述喷涂距离500mm、喷枪移动速度50cm/s、送丝速度为10cm/s;涂层厚度250微米;所述基材为低碳钢。
[0035](4)退火：900℃：升温速率：10℃/min;处理时间为：180min。
[0036](5)轧制：冷轧，轧制2道次，总体压下量40%;得到耐腐蚀耐磨的复合涂层。
[0037]本实施例喷涂后的涂层如图3(b)所示，本实施喷涂后的涂层厚度均匀，无脱落现象产生;对本实施例制备的涂层经过轧制后进行电化学测试，如图5(15%)所示，经测试得出，该涂层材料其自腐蚀电位(-0.782V)、电流密度(17.388μA/cm2)和腐蚀速率(0.221mm/a);又进行摩擦磨损测试，如图6(15%)所示，经测试得出该涂层材料平均摩擦系数为0.136。
实施例3
[0038]一种增强铜涂层耐腐蚀耐磨性能的复合涂层制备方法，具体包括以下步骤：
(1)按镍铬金属粉末和碳化铬粉末质量比为1:3的比例均匀混合。
[0039](2)粉末灌装：将镍铬金属和碳化铬混合粉末(占总体质量25%)通过针管注入空心铜管中;中所述空心铜管为纯铜，直径为3mm。
[0040](3)电弧喷涂采用氩气保护，压力1MPa，所述喷涂距离300mm、喷枪移动速度30cm/s、送丝速度为5cm/s;涂层厚度250微米;所述基材为低碳钢。
[0041](4)退火：1050℃：升温速率：10℃/min;处理时间为：180min。
[0042](5)轧制：冷轧，轧制2道次，总体压下量50%;得到耐腐蚀耐磨的复合涂层。
[0043]本实施例喷涂后的涂层如图3(c)所示，本实施喷涂后的涂层厚度均匀，成分扩散更加的均匀化，无脱落现象产生;对本实施例制备的涂层经过轧制后进行电化学测试，如图5(25%)所示，经测试得出，该涂层材料其自腐蚀电位(-0.778V)、电流密度(17.901μA/cm2)和腐蚀速率(0.227mm/a);又进行摩擦磨损测试，如图6(25%)所示，经测试得出该涂层材料平均摩擦系数为0.133。
[0044]对比例1
一种铜涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)铜丝的预处理：将空心铜丝均匀的盘到送丝盘，避免送丝时送丝管堵塞;然后给送丝盘加上润滑油，以保证送丝的稳定性。
[0045](3)电弧喷涂采用氩气保护，压力1MPa，所述喷涂距离300mm、喷枪移动速度30cm/s、送丝速度为5cm/s;涂层厚度250微米;所述基材为低碳钢。
[0046](4)退火：1050℃：升温速率：15℃/min;处理时间为：180min。
[0047](5)轧制：冷轧，轧制2道次，总体压下量50%。
[0048]对本对比例制备的涂层材料轧制态后进行电化学测试，如图5(Cu)所示，经测试得出，该涂层材料其自腐蚀电位(-0.875V)、电流密度(27.46μA/cm2)和腐蚀速率(0.321mm/a);又进行摩擦磨损测试，如图6(Cu)所示，经测试得出该涂层材料平均摩擦系数为0.511。
[0049]与实施例1、2、3进行对比，其自腐蚀电位和摩擦系数都更大，单一的铜涂层耐腐蚀和耐磨性能都更差。
[0050]以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例;在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的;本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
[0051]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
说明书附图(6)
