[发明专利]一种耐磨防护复合涂层、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种耐磨防护复合涂层、其制备方法及应用。所述耐磨防护复合涂层包括依次形成于基体上的NiCr‑Cr₃C₂涂层和VAlCN涂层，其成分趋于多元化、复合化。所述制备方法包括：采用超音速火焰喷涂技术，以NiCr‑Cr₃C₂为喷涂粉末，在基体表面形成NiCr‑Cr₃C₂涂层；采用多弧离子镀技术，以钒靶和铝靶为靶材，保护性气体为工作气体，N₂和C₂H₂为反应气体，对基体施加负偏压，对钒靶和铝靶施加靶电流，在所述NiCr‑Cr₃C₂涂层表面沉积形成VAlCN涂层。本发明的涂层具有很好耐磨性、耐蚀性、耐高温氧化性，对在高温摩擦、酸、碱环境下服役的球阀具有良好防护作用，能有效提高基体的服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种耐磨防护复合涂层，特别涉及一种耐磨防护VAlCN/Cr₃C₂复合涂层及其制备方法与应用，属于基体表面防护技术领域。

背景技术

近几年我国的海洋建设发展迅猛，勘探开发海洋资源以及保护海岸带、研发具有自主知识产权的深水油气勘探和安全开发技术等是海洋科技的重点，据统计，目前世界各国可利用的钻井平台总数中的41％服役期超过20年，因此，各装备中对机械零部件要求高硬度、耐磨，耐腐蚀，防止材料的疲劳与断裂。磨损是机械零件失效的主要原因之一，有关损失比例数据显示为：45％为磨损、23％为腐蚀、14％为热损坏、18％为其他。因此，对工件的表面处理，强化及修复工艺相当重视。

不锈钢材料的机械运动零部件(阀门、齿轮、活塞环等)是钻井平台系统关键零部件之一，这些零部件在海洋环境中要承受其很大的磨损性能，常见的如管道系统中的球阀，随着水下油气作业区域逐渐从浅海区转向深海区，水下球阀所受到的海水静压力也逐渐增大，对其密封可靠性有了更高的要求，开启时密封面暴露在介质中，常受到硬固体颗粒介质的直接冲刷，使密封面磨损。另外，球阀在周围海水介质的作用下引起腐蚀，使阀门密封性能差，产生介质的外漏和内漏，甚至会影响其开启和关闭，缩短使用寿命。在管道介质温度高，压力大和含有颗粒杂质时，须选用金属阀座密封的阀门，还需对球体密封面阀座密封面进行硬化处理，保证阀门满足规范中的阀门内漏要求，以延长阀座使用寿命。总之，球阀的失效形式主要是在工作环境中表面的磨损和腐蚀引起的。上述工况要求苛刻的环境下，对其抗磨损性要求极高，同样在工程应用中不锈钢质的部件在承受载荷作用下，表面易引起疲劳，如齿轮的点蚀，其表面裂纹包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和开裂剥落。在工况苛刻环境下使用的零部件长期稳定服役，需要在其表面制备高耐磨耐蚀涂层，有效地减少维修、节约材料、降低能源等方面有着重要的意义。

目前国内研发的不锈钢材料零部件使用寿命低于国外同类产品，采取一些表面强化处理工艺来延长其寿命，但耐高温、耐磨性能不够高，作用有限，因此有必要开发一种耐磨耐蚀复合涂层。张世宏等(公开号CN108070813A)利用HVOF技术制备NiCr-Cr₃C₂涂层，然后再用浸渍提拉法制备铝硅复合硅氧烷复合涂层，该涂层耐磨性差，可用于高温、高压环境下；吴燕明等(公开号CN105463359A)采用HVOF制备NiCr-Cr₃C₂涂层，创新之处在于添加Tb、Ta元素提高抗气蚀性但耐磨性较差；黄峰等(公开号CN104032268A)利用磁控溅射法制备VAlSiN涂层，该涂层在高温环境下具有良好的耐磨性；王永欣等(公开号CN106811719A)采用多弧离子镀技术制备VCN涂层，适用于高磨损的工况。以上方法制备的涂层性能单一，无法实现零部件在高温环境下具有良好耐磨耐蚀性；另外，关与超音速火焰喷涂(HVOF)NiCr-Cr₃C₂涂层与多弧离子镀沉积VAlCN涂层相结合的研究缺乏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种成分趋于多元化、复合化的耐磨防护复合涂层及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。