[0001] 本发明属于金属陶瓷层制备技术领域，特别涉及一种利用热喷涂技术制备碳化铬金属陶瓷涂层的方法及碳化铬金属陶瓷层。

[0002] 由于碳化铬金属陶瓷层在高温下具有良好的服役性能，因此其被广泛应用于汽轮机通流部件及转子轴、轴瓦、密封瓦等部件表面的强化与再制造修复。碳化铬金属陶瓷涂层主要包含了Cr3C2硬质相和金属粘结相，其金属基体成分与涂层的高温氧化性能有着密切的相关性，通过调控涂层中金属粘结相中多元合金元素的组成与含量是改善涂层的高温氧化性能的一种有效的方法。

[0003] 尽管碳化铬金属陶瓷涂层具有诸多优点，但在抗高温氧化性能、硬度和耐磨性方面仍存在一些缺陷。具体来说，典型的Cr3C2‑NiCr涂层在高于815℃的工况环境下，可能出现硬质相与粘结相氧化、硬质相脱碳、氧化膜脱落、孔隙和裂纹产生等问题，这些现象会导致涂层的高温抗氧化、耐磨和抗冲蚀性能劣化，从而限制了其在更高温度工况下的应用与服役寿命。

[0004] 因此，现有技术还有待于改进和发展。

[0025] 本发明提供一种利用热喷涂技术制备碳化铬金属陶瓷涂层的方法及碳化铬金属陶瓷层，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0026] 请参阅图1，图1为本发明提供的一种利用热喷涂技术制备碳化铬金属陶瓷涂层的方法流程图，如图所示，其包括步骤：

[0027] S100、将CoCrMo粉末和Cr3C2‑NiCr粉末混合后加入球磨罐中，在球磨罐中加入无水乙醇和磨球，而后密封球磨罐并放置于球磨机中进行球磨；

[0028] S200、球磨完成后使用真空干燥箱对球磨罐中的粉末浆料进行干燥，并使用筛网对干燥后的粉末进行筛分，从而得到了粒径分布均匀的Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末；

[0029] S300、采用热喷涂工艺将所述Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末喷涂在经过预热处理的基体表面，生成碳化铬金属陶瓷涂层。

[0030] 具体来讲，如图2所示，将CoCrMo和Cr3C2‑NiCr这两种粉末按照质量比为1:5‑10的比例在干燥、清洁的环境中混合均匀，可以使用机械搅拌或手工搅拌，确保两种粉末充分接触；接着将混合好的粉末倒入球磨罐中，随后加入适量的无水乙醇作为分散剂，再加入适量的磨球，密封球磨罐后，将其放置于球磨机中。根据粉末的特性和所需粒径，设定球料比为2:1，球磨机转速为100‑200r/min，球磨时间为10‑20min设定合适的球磨时间、转速等参数进行球磨，球磨过程中，磨球与粉末颗粒之间的碰撞和摩擦会使粉末颗粒细化并均匀混合；

[0031] 球磨完成后，将含有粉末浆料的球磨罐放入真空干燥箱中，设置适当的温度和时间进行干燥，以去除粉末中的无水乙醇和其他挥发物，真空环境有助于加快干燥速度并防止粉末氧化；干燥完成后，使用筛网对粉末进行筛分，筛网的孔径应根据所需粉末的粒径分布来确定，筛分过程中，大颗粒粉末会被筛网截留，而小颗粒粉末则通过筛网落入收集容器中，通过多次筛分和调整筛网孔径，可以得到粒径分布均匀的Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末。作为举例，本实施例可以，使用筛网对干燥后的粉末进行筛分的步骤中，使用320目和800目的筛网对干燥后的粉末进行筛分，从而得到了粒径分布为46：18:4μm的Cr3C2－NiCrCoMo复合粉末。

[0032] 将待喷涂的基体材料进行预热处理，预热温度应根据基体材料的种类、厚度和喷涂工艺要求来确定，预热有助于提高基体表面的温度，增强涂层与基体之间的结合力；采用热喷涂工艺将Cr3C2－NiCrCoMo复合粉末喷涂在预热后的基体表面，热喷涂过程中，粉末颗粒被加热至熔化或半熔化状态，并在高速气流的作用下喷射到基体表面形成涂层，涂层的厚度和均匀性可通过调整喷涂参数来控制。作为举例，先对基体表面进行去油污处理，再对基体进行200‑250℃的预热处理，得到预处理基体；使用所述Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末，对所述预处理基体表面进行超音速火焰喷涂，在所述预处理基体表面生成碳化铬金属陶瓷涂层，对所述预处理基体表面进行超音速火焰喷涂的步骤中，喷涂距离为410‑450mm，送粉速率为120‑150g/min，超音速火焰喷涂时的燃料为煤油，流量控制为20‑30L/min；助燃气为工业用氧气，流量为600‑1000L/min；送粉气为工业用氩气，流量为6‑10L/min。

[0033] 本实施例通过球磨混合和筛分得到的Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末具有粒径分布均匀、颗粒细小的特点，这有助于提高涂层的致密度和均匀性，从而改善涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能；预热处理基体可以提高基体表面的温度，使喷涂过程中粉末颗粒与基体表面发生更好的冶金结合，从而提高涂层与基体之间的结合力；真空干燥箱可以快速去除粉末中的水分和挥发物，缩短干燥时间；热喷涂工艺具有高效、灵活的特点，可以适应不同形状和尺寸的基体材料的喷涂需求；通过优化球磨、干燥和筛分等工艺参数，可以提高粉末的利用率和涂层的质量稳定性，从而降低生产成本。

[0034] 相对于Cr3C2‑NiCr涂层而言，本实施例制备的Cr3C2‑NiCrCoMo碳化铬金属陶瓷涂层由于添加了Co和Mo元素，这些元素在高温下能够形成更稳定的氧化物层，有效抑制了涂层中硬质相和粘结相的氧化速率，从而提高了涂层的抗高温氧化性能；并且Co和Mo的加入可以细化涂层的微观结构，提高涂层的硬度和耐磨性；此外，这些元素还能促进双元尖晶石相(如NiCr2O4与CoCr2O4)的生成，这些尖晶石相能够进一步增强涂层的硬度和耐磨性。显然本实施例制备的Cr3C2‑NiCrCoMo碳化铬金属陶瓷涂层在抗高温氧化性能、硬度和耐磨性等方面相对于Cr3C2‑NiCr陶瓷涂层具有显著的优势，这些优势主要源于Co和Mo元素的加入对涂层成分和微观结构的改善。

[0035] 下面通过具体实施例对本发明作进一步的解释说明：

[0036] 实施例1

[0037] 一种碳化铬金属陶瓷涂层的制备方法，其包括以下步骤：

[0038] 1、将CoCrMo粉末和Cr3C2‑NiCr粉末按照质量比为1:9的比例混合后加入球磨罐中，在球磨罐中加入无水乙醇和磨球，而后密封球磨罐并放置于球磨机中进行球磨，球料比为2:1，球磨机转速为150r/min，球磨时间为15min；

[0039] 球磨完成后使用真空干燥箱对球磨罐中的粉末浆料进行干燥，并使用320目和800目的筛网对干燥后的粉末进行筛分，从而得到了粒径分布为46：18:4μm的Cr3C2－NiCrCoMo复合粉末(记为NCC10)，其微观形貌图如图3所示，其成分组成为67.5％ Cr3C2：18％Ni：7.29％Cr:6.58％Co:0.63％Mo；

[0040] 先对基体表面进行去油污处理，再对基体进行200‑250℃的预热处理，得到预处理基体；使用所述Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末，对所述预处理基体表面进行超音速火焰喷涂，喷涂距离为420mm，送粉速率为130g/min，，超音速火焰喷涂时的燃料为煤油，流量控制为25L/min；助燃气为工业用氧气，流量为800L/min；送粉气为工业用氩气，流量为8L/min，最终在所述预处理基体表面生成碳化铬金属陶瓷涂层。

[0041] 实施例2

[0042] 一种碳化铬金属陶瓷涂层的制备方法，其包括以下步骤：

[0043] 1、将CoCrMo粉末和Cr3C2‑NiCr粉末按照质量比为1.5:8.5的比例混合后加入球磨罐中，在球磨罐中加入无水乙醇和磨球，而后密封球磨罐并放置于球磨机中进行球磨，球料比为2:1，球磨机转速为110r/min，球磨时间为16min；

[0044] 球磨完成后使用真空干燥箱对球磨罐中的粉末浆料进行干燥，并使用320目和800目的筛网对干燥后的粉末进行筛分，从而得到了粒径分布为46：18:4μm的Cr3C2－NiCrCoMo复合粉末(记为NCC15)，其微观形貌图如图4所示，其成分组成为67.5％ Cr3C2：18％Ni：7.29％Cr:6.58％Co:0.63％Mo；

[0045] 先对基体表面进行去油污处理，再对基体进行200‑250℃的预热处理，得到预处理基体；使用所述Cr3C2‑NiCrCoMo复合粉末，对所述预处理基体表面进行超音速火焰喷涂，喷涂距离为440mm，送粉速率为140g/min，，超音速火焰喷涂时的燃料为煤油，流量控制为26L/min；助燃气为工业用氧气，流量为900L/min；送粉气为工业用氩气，流量为9L/min，最终在所述预处理基体表面生成碳化铬金属陶瓷涂层。

[0046] 本实施例将实施例1制备的NCC10碳化铬金属陶瓷涂层与现有的Cr3C2‑NiCr涂层在抗高温氧化性、硬度和耐磨性上进行了相应的对比测试：

[0047] 首先将实施例1制备的NCC10碳化铬金属陶瓷涂层与现有的Cr3C2‑NiCr涂层均进行700℃、800℃和900℃下的恒温氧化试验，测试两者在相同氧化时间后的氧化增重，结果发现NCC10碳化铬金属陶瓷涂层的氧化增重相对于Cr3C2‑NiCr涂层降低了40％，这说明Co和Mo元素的加入有效增强了涂层的高温抗氧化性能。相对于Cr3C2‑NiCr涂层而言，掺杂的双元尖晶石相(如NiCr2O4与CoCr2O4)对离子扩散有抑制作用，同时纳米CeO2的添加促进了氧化物之间的反应和双元尖晶石相的生成，从而增强了涂层的抗氧化性。

[0048] 接着对实施例1制备的NCC10碳化铬金属陶瓷涂层与现有的Cr3C2‑NiC r涂层进行硬度和耐磨性测试，结果发现，NCC10碳化铬金属陶瓷涂层的硬度相对于Cr3C2‑NiCr涂层提升了56％，耐磨性提升了60％，这是因为Co和Mo的加入可以细化涂层的微观结构，提高涂层的硬度和耐磨性；此外，这些元素还能促进双元尖晶石相(如NiCr2O4与CoCr2O4)的生成，这些尖晶石相能够进一步增强涂层的硬度和耐磨性。

[0049] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。