[发明专利]一种含碳纤维的耐蚀减磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含碳纤维的耐蚀减磨涂层，在金属基体上用热喷涂方法喷涂含碳纤维耐蚀减磨的粉芯丝材，制备得到含碳纤维的耐蚀减磨涂层；所述的粉芯丝材由在碳纤维、耐蚀金属的复合粉末混合后得到的粉芯材料的表面包覆耐蚀金属材料而成；其中碳纤维粉末与耐蚀金属粉末的质量比为2:1～4。本发明还提供了制备所述含碳纤维的耐蚀减磨涂层的方法：(1)将基体材料进行预处理；(2)采用热喷涂技术，将上述粉芯丝材喷涂在预处理的基体材料表面，得到含碳纤维耐蚀减磨涂层，该制备方法具有操作简单、工艺流程少、成本低等优点，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂技术领域，具体涉及一种含碳纤维的耐蚀减磨涂层及其制备方法。

背景技术

海洋环境是自然条件下金属腐蚀最严酷的环境之一，海水是一种强电介质溶液，再加上冻融、海雾、台风、暴雨、工业排放物等多重腐蚀环境的综合作用，造成了海洋腐蚀现象。据测算，在我国被海洋浸泡的钢铁中，每1秒钟就有1.5吨钢铁被腐蚀，加之，海水中夹杂着泥沙等颗粒，在潮汐、行船等过程中，加速了钢材的磨损消耗。为更好的防护海工装备，亟需开发施工操作方便，防护性能好的耐蚀兼具耐磨或减磨涂层及相关设备。

目前，电弧喷涂耐蚀金属材料，如Al，Zn或Al/Zn保护涂层在海洋钢结构、船舶制造业中应用最为广泛，但由于这类材料相对较软，在实际应用中常受水流及水中夹带的泥沙等磨粒对涂层产生磨损，极大地破坏耐蚀涂层，最终导致涂层失效。

碳纤维是一类新型碳材料，由于其高比强度和高比模量、质轻等优点，且同时具有一般碳材料的特性，如低膨胀系数、高温性能、耐摩擦、导电、导热等，被认为是最有潜力的增强材料。碳纤维具有“乱层石墨”结构，因此与石墨一样具有良好的自润滑和减磨性能。因此，开发含碳纤维的耐蚀减磨涂层应用于海洋工程装备表面防护，具有良好的可行性和应用价值。

耐蚀减磨涂层，传统的制备方法主要有自润滑液处理、等离子喷涂、火焰喷涂、粉末冶金、电火花沉积工艺、激光熔覆技术等，采用的自润滑材料一般为石墨、MoS2和CaF2等。传统的制备或工艺复杂、设备昂贵，或生产成本较高、不宜工业化，或残余气体有毒有害，或薄膜面积小、不宜大规模成膜，或成膜基体受限等。因此，要实现耐蚀减磨涂层的大规模生产应用，亟需开发一种新型的低成本、高质量、大面积、适合工业化生产的涂层制备技术。

热喷涂技术是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，是适合工业化、大面积生产的表面技术。其中，新发展的粉芯丝材电弧喷涂技术是在传统电弧喷涂的基础上发展起来的，它使原有的实芯金属丝材改为粉芯金属丝材，与实心丝材和粉末相比，同时具备丝材和粉末的优点，既能方便地根据涂层成分要求来调节丝材成分，拓宽了涂层材料的成分和种类范围，满足了对涂层多功能化、多元化和高性能化的要求，同时加工方便、成本低、使用设备简单、操作方便，具有巨大的发展潜力。近年来，国内外已经开发了多种粉芯丝材，广泛应用于电力、石油、化工、汽车制造等工业领域。

发明内容

本发明的目的在于制造含碳纤维的耐蚀减磨粉芯丝材，并采用电弧喷涂技术在金属基体表面制备含碳纤维的耐蚀减磨涂层，以提高金属材料的耐蚀和耐磨性能。

一种含碳纤维的耐蚀减磨粉芯丝材，包括粉芯材料和包覆所述粉芯材料的耐蚀金属材料；所述的粉芯材料由碳纤维、耐蚀金属粉末混合得到，其中碳纤维粉末和耐蚀金属粉末质量比为2:1～4；

所述的耐蚀金属粉末为铝粉、316L不锈钢粉、304不锈钢粉、镍粉或镍铝粉中的至少一种；

所述的包覆用耐蚀金属材料选自铝带、不锈钢带、镍带或镍铝合金带。

本发明粉芯丝材通过如下方法来制备：

将碳纤维粉末和耐蚀金属粉末加入到球磨罐中，进行球磨处理，使其充分混匀或复合得到粉芯材料，利用包丝机将粉芯材料包裹于耐蚀金属材料中，并经过粉芯丝材成型装置拉拔减径等工序得到粉芯丝材。