CN102644045A - 一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材 - Google Patents

一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材 Download PDF

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Abstract

一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材采用纯Ni外皮包裹粉芯；所述的粉芯占丝材的质量百分比为27-40％；所述粉芯的各组分及其质量百分比含量范围如下：金属Cr：3-5％；B-Cr合金：10-12％；Si-Fe合金：2-5％；Mo：10-15％；BaF2.CaF2共晶粉末：0-10％。针对传统的高速电弧喷涂耐磨涂层抗氧化、防腐蚀性能差的问题，本发明粉芯丝材成分设计合理，采用高速电弧喷涂在20G低碳钢基体上制备出0.5-1mm厚的低孔隙率、高结合强度的镍基非晶纳米晶复合减摩涂层，涂层硬度大于HV600，非晶相含量20-50％，涂层抗氧化、耐磨减摩效果显著，可用于工作环境温度在750℃以内的抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩涂层的制备。

Description

一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材
技术领域
本发明涉及一种用于高速电弧喷涂制备Ni基非晶纳米晶复合减摩涂层的粉芯丝材，主要用于工作温度在750℃以内的抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩防护涂层制备，属于材料加工工程学科的热喷涂技术领域。
背景技术
电弧喷涂技术具有喷涂材料广泛、效率高的特点，广泛应用于大面积防腐蚀、耐磨损等领域。高速电弧喷涂与传统电弧喷涂相比，通过大幅提高雾化气流的速度，使喷涂粒子的雾化质量、飞行速度得到提升，涂层更加致密，与基体结合强度更高。高速电弧喷涂电弧温度高达4000℃以上，而熔融粒子碰撞基体的瞬时冷却速度只有10-7～10-5s，具备了形成非晶涂层的前提条件，通过合理设计喷涂丝材，可获得非晶涂层。涂层非晶化可显著提高其耐腐蚀性能，部分非晶纳米化又可改善涂层的力学性能，提高涂层的韧性和强度。
通过高速电弧喷涂制备非晶纳米晶涂层，可用于装备零部件抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩防护涂层的制备，应用前景广阔。
发明内容
针对传统的高速电弧喷涂耐磨涂层抗氧化、防腐蚀性能差的问题，本发明提供了一种用于高速电弧喷涂制备Ni基非晶纳米晶复合涂层的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材采用纯Ni外皮包裹粉芯，其中的粉芯占丝材的质量百分比为27-40％，粉芯的各组分及其质量百分比含量范围如下：金属Cr：3-5％；B-Cr合金：10-12％；Si-Fe合金：2-5％；Mo：10-15％；BaF2.CaF2共晶粉末：0-10％。
金属Cr的加入，提高了涂层的抗高温氧化性能与防腐蚀性能；B-Cr合金弥散在涂层当中，可提高涂层的微观力学性能；Mo的加入一方面可提高涂层的内聚强度，增强涂层的非晶化趋势；另一方面，Mo在常温下具有一定的润滑效果，在温度超过350℃时，可氧化生成Mo03，减摩效果显著；将BaF2与CaF2粉末按62％∶38％的质量比混合，在1000℃下烧结2h，经破碎筛分制成BaF2.CaF2共晶粉末，该成分在450℃以上时可发生硬质相向软质相的转变，起到一定的减摩效果。通过合理设计丝材成分，制备的Ni基非晶纳米晶复合涂层的粉芯丝材，在750℃以内具有较好的抗氧化、防腐蚀、耐磨减摩性能。
本发明的制备方法采用现有技术，步骤如下：
1.将宽10mm、厚0.3mm的Ni带扎成U形，再向U形槽中填充27-40％质量比的上述混合粉末；
2.将U形槽合口，把粉末包覆其中，经拉丝模拉拔、减径，制成Φ2.0的粉芯丝材，得到本发明的产品。
本发明有益的效果：合理设计粉芯丝材各组分的质量百分比，采用高速电弧喷涂技术可在20G低碳钢基体上制备出低孔隙率、高结合强度、抗高温氧化、耐磨减摩的镍基非晶纳米晶复合减摩涂层，涂层厚度0.5-1mm，非晶相含量20-50％，硬度HV600以上。
附图说明
附图1为实施例1的涂层截面SEM图。
附图2为实施例1的涂层X射线衍射图谱。
具体实施方式
本发明通过如下措施来实现：
实施例1：
选用宽10mm、厚0.3mm的Ni带，先将其扎成U形。取-80～+100目的混合粉末的成分：Cr：3％、B-Cr：12％、Mo：15％、Si-Fe合金：5.0％；按质量百分比称重后用混粉机机械混合0.5h，按35％的填充率加入U形槽中，然后将U形槽合口，再经拉丝模拉拔、减径制成Φ2.0的粉芯丝材。采用高速电弧喷涂在20G低碳钢基体上制备厚度0.8mm厚的涂层，截面SEM形貌如图1所示。喷涂参数为电压34V、电流160A、距离160mm、雾化气流压力0.7MPa，获得涂层结合强度＞45MPa，涂层孔隙率＜1.0％，涂层显微硬度＞HV750，非晶相含量约50％(涂层XRD分析结果如图2所示)，利用Scherrer公式(其中常数取0.89，λ取0.15406nm)计算出涂层的平均晶粒尺寸小于35nm。涂层在常温下摩擦系数(氧化铝球为摩擦副)降低20％，耐磨损性能是20G钢的15倍。
实施例2：
选用宽10mm、厚0.3mm的Ni带，先将其扎成U形。取-80～+100目的混合粉末的成分：Cr：5％、B-Cr：10％、Mo：10％、Si-Fe合金：2.0％；按质量百分比称重后用混粉机机械混合0.5h，按27％的填充率加入U形槽中，然后将U形槽合口，再经拉丝模拉拔、减径制成Φ2.0的粉芯丝材。采用高速电弧喷涂在20G低碳钢基体上制备厚度1mm的涂层，喷涂参数为电压34V、电流160A、距离160mm、雾化气流压力0.7MPa，获得涂层结合强度＞40MPa，涂层孔隙率＜1.0％，涂层显微硬度＞HV700，非晶相含量约20％。涂层在750℃时的抗氧化性能是20G钢的15倍，抗高温腐蚀性能是20G钢的12倍，涂层摩擦系数(氧化铝球为摩擦副)降低30％，耐磨损性能比20G提高10倍。
实施例3：
选用宽10mm、厚0.3mm的Ni带，先将其扎成U形。取-80～+100目的混合粉末的成分：金属Cr：5％；B-Cr合金：10％；Si-Fe合金：5％；Mo：10％；BaF2.CaF2共晶粉末：10％。按质量百分比称重后用混粉机机械混合1h，按40％的填充率加入U形槽中，然后将U形槽合口，再经拉丝模拉拔、减径制成Φ2.0的粉芯丝材。采用高速电弧喷涂在20G低碳钢基体上制备厚度0.5mm厚的涂层。喷涂参数为电压36V、电流180A、距离180mm、雾化气流压力0.7MPa，获得涂层结合强度＞40MPa、涂层孔隙率＜2.0％、涂层显微硬度＞HV600、非晶相含量30％。涂层在750℃时的抗氧化性能是20G钢的10倍，抗高温腐蚀性能是20G钢的8倍，涂层摩擦系数(氧化铝球为摩擦副)降低50％，耐磨损性能比20G钢提高12倍。

Claims (1)

1.一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材采用纯Ni外皮包裹粉芯；所述的粉芯占丝材的质量百分比为27-40％；所述粉芯的各组分及其质量百分比含量范围如下：金属Cr：3-5％；B-Cr合金：10-12％；Si-Fe合金：2-5％；Mo：10-15％；BaF2.CaF2共晶粉末：0-10％。
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