CN101988195B - 一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents

一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，其制备方法为：1、配方；2、激光熔覆制备方法，3、热处理工艺。本发明制得的金属陶瓷涂层以镍基固溶体为粘结剂，以Cr3C2为增强相，避免了Cr7C3和Cr23C6的大量生成。

Description

一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，系一种耐磨、耐高温氧化NiCr-Cr3C2激光熔覆涂层的配方及其制备方法。该涂层应用于540～980 ℃高温下的耐磨损、抗高温腐蚀性气体或飞灰冲蚀磨损和抗硬面磨损的涂层或激光再制造领域，属于工业涂层或激光再制造领域。
背景技术
铬的碳化物增强复合涂层常用作耐磨、耐蚀、耐高温氧化和热障涂层。通常的制作工艺是热喷涂、等离子喷涂、高速火焰喷涂等。上述三种方法制备的涂层，容易出现气孔、疏松，出现结合力不足、脱落等情况，不适用于工件维修或要求冶金结合的表面改性。
铬的碳化物增强复合涂层的制备方法还有外加Cr3C2颗粒钨极氩弧焊和激光熔覆等方法。气体钨极氩弧焊时，Cr3C2部分分解并伴生Cr7C3 、Cr23C6等碳化物。外加Cr3C2颗粒激光熔覆时，Cr3C2颗粒易分解，伴生Cr7C3等碳化物。为减少因外加Cr3C2颗粒与熔池相互作用时的分解，Vreeling等人提出了激光喷射熔覆技术，将Cr3C2颗粒注射到熔池尾部，避免与光斑直接接触，这样只有熔池来加热Cr3C2颗粒，但仍有部分Cr3C2颗粒发生分解。
总体而言，外加Cr3C2颗粒在激光熔覆时，涂层中保留的Cr3C2较少，由于Cr3C2分解产生的 Cr7C3 和Cr23C6的熔点和硬度都远小于Cr3C2，不能满足工程应用。针对上述困难，本发明通过原位合成的路线，采用激光熔覆方法，合成以Cr3C2为主要增强相的金属陶瓷涂层。
发明内容
本发明提供一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，该方法制得的金属陶瓷涂层以镍基固溶体为粘结剂，以Cr3C2为增强相，避免了Cr7C3和Cr23C6的大量生成。
一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的原料粉末，其组分的质量百分含量为：镍19.0～21.1，铬62.5～69.7，碳8.0～12.3，硅0.5～1.9，硼0.3～1.6，氧化钇0.2～1.8。将上述原料粉末置于密封容器中，放入混料机中混合1～3小时。
2、激光熔覆以15～35毫米厚中碳钢板为基材，用500号SiC砂轮将基材打磨出平整光洁表面，并用无水乙醇和丙酮去油，将步骤1所得原料粉末在基材上预覆2.0～3.5毫米厚。然后通过CAD设计S型熔覆路线。激光熔覆所用激光器为5千瓦 CO2激光器，工艺参数为：功率1.5～4千瓦，光斑直径2～4.5毫米，扫描速度20～60毫米每秒， 搭接10～50%，保护气氛为氩气，送气压强0.1～0.8兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的熔覆工件。
3、将步骤2所得熔覆工件以10～30℃每分钟的速度升温至800～1000℃，保温时间1～2小时，降温时随炉空冷。最后得到一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层。
本发明提供一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，由于采用原位合成的路线，可以一次性形成Cr3C2而不发生Cr3C2的分解。由于碳含量较高，在快速冷却的激光熔覆中，碳化铬的晶粒的生长时间很短，所以晶粒尺寸很小而且强度较高，平均晶粒直径小于5微米，抗弯强度约1400兆帕。由于碳化铬的维氏硬度高达2800，耐高温氧化，所以该种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层能够在850℃的高温氧化中保护基体且耐磨性能优良。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的原料粉末，其组分的质量百分含量为：镍20.1，铬69.0，碳9.0，硅0.5，硼0.3，氧化钇0.2。将上述原料粉末置于密封容器中，放入混料机中混合1小时。
2、激光熔覆以15毫米厚中碳钢板为基材，用500号SiC砂轮将基材打磨出平整光洁表面，并用无水乙醇和丙酮去油，将步骤1所得原料粉末在基材上预覆2.2毫米厚。然后通过CAD设计S型熔覆路线。激光熔覆所用激光器为5千瓦 CO2激光器，工艺参数为：功率2.5千瓦，光斑直径2.5毫米，扫描速度20毫米每秒， 搭接20%，保护气氛为氩气，送气压强0.2兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的熔覆工件。
3、将步骤2所得熔覆工件以10℃每分钟的速度升温至820℃，保温时间1小时，降温时随炉空冷。最后得到一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层。
实施例2
一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的原料粉末，其组分的质量百分含量为：镍19.3，铬69.3，碳9.2，硅0.6，硼0.5，氧化钇1.1。将上述原料粉末置于密封容器中，放入混料机中混合2小时。
2、激光熔覆以25毫米厚中碳钢板为基材，用500号SiC砂轮将基材打磨出平整光洁表面，并用无水乙醇和丙酮去油，将步骤1所得原料粉末在基材上预覆2.0毫米厚。然后通过CAD设计S型熔覆路线。激光熔覆所用激光器为5千瓦 CO2激光器，工艺参数为：功率3.5千瓦，光斑直径3.5毫米，扫描速度20毫米每秒， 搭接40%，保护气氛为氩气，送气压强0.5兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的熔覆工件。
3、将步骤2所得熔覆工件以10℃每分钟的速度升温至840℃，保温时间1.5小时，降温时随炉空冷。最后得到一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层。
实施例3
一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
1、一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的原料粉末，其组分的质量百分含量为：镍19.4，铬67.0，碳9.3，硅1.8，硼1.2，氧化钇1.3。将上述原料粉末置于密封容器中，放入混料机中混合1.5小时。
2、激光熔覆以30毫米厚中碳钢板为基材，用500号SiC砂轮将基材打磨出平整光洁表面，并用无水乙醇和丙酮去油，将步骤1所得原料粉末在基材上预覆2.5毫米厚。然后通过CAD设计S型熔覆路线。激光熔覆所用激光器为5千瓦 CO2激光器，工艺参数为：功率3.0千瓦，光斑直径3.0毫米，扫描速度25毫米每秒， 搭接50%，保护气氛为氩气，送气压强0.8兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的熔覆工件。
3、将步骤2所得熔覆工件以10℃每分钟的速度升温至850℃，保温时间2.5小时，降温时随炉空冷。最后得到一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层。

Claims (1)

1.一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的制备方法，其特征是：其制备方法为：（1）、一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的原料粉末，其组分的质量百分含量为：镍19.0～21.1，铬62.5～69.7，碳8.0～12.3，硅0.5～1.9，硼0.3～1.6，氧化钇0.2～1.8；将上述原料粉末置于密封容器中，放入混料机中混合1～3小时；（2）、激光熔覆以15～35毫米厚中碳钢板为基材，用500号SiC砂轮将基材打磨出平整光洁表面，并用无水乙醇和丙酮去油，将步骤1所得原料粉末在基材上预覆2.0～3.5毫米厚；然后通过CAD设计S型熔覆路线；激光熔覆所用激光器为5千瓦 CO2激光器，工艺参数为：功率1.5～4千瓦，光斑直径2～4.5毫米，扫描速度20～60毫米每秒， 搭接10～50%，保护气氛为氩气，送气压强0.1～0.8兆帕；由此得到NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层的熔覆工件；（3）、将步骤2所得熔覆工件以10～30℃每分钟的速度升温至800～1000℃，保温时间1～2小时，降温时随炉空冷；最后得到一种耐磨耐高温氧化NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层。
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