CN103060794A - 镍和二硼化钛混合料及其在金属基体上制作涂层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍和二硼化钛混合料，其由下列重量百分比的原料配制而成：二硼化钛20~40%、镍60~80%。本发明还公开了一种利用镍和二硼化钛混合料在金属基体上制作涂层的方法。与现有技术相比，本发明使得经过表面强化后的金属基体，硬度和耐磨性可大大提高，使用寿命也明显增加；二硼化钛具有高硬度、高强度、高弹性模量以及优异耐磨性能，成本较传统硬质相WC低，性能与其相当，可有效节省成本。制备工艺简单，能耗低，适用于工业化生产。

Description

镍和二硼化钛混合料及其在金属基体上制作涂层的方法

技术领域

本发明涉及金属基体表面强化技术，尤其涉及一种镍和二硼化钛混合料及采用真空熔覆法在金属基体上制作涂层的方法。该方法可以有效增强导位轮的耐磨性，工艺简单适合于工业生产。

背景技术

金属材料为了获得表面较高的综合机械性能，传统工艺是采用渗碳或渗氮等表面处理方法来进行。但是传统表面处理复杂，表面强度、硬度和耐磨性提高不能满足需求。近些年来，硬质金属技术得到快速的发展。如，采用WC用作结构材料的硬质相，但其制备工艺复杂，能耗高，导致生产成本高居不下，也不适合工业化生产。

二硼化钛（TiB₂）是具有高硬度、高强度、高弹性模量以及优异耐磨性能的陶瓷材料之一，在结构材料中一般作为硬质相，具有很大的发展潜力。但TiB₂脆性很大，热膨胀系数各相异性，制备单纯的TiB₂制品有一定困难，目前常利用烧结的方法，将其与金属相复合在一起，制备成金属陶瓷复合材料。真空熔覆涂层技术是一种现代化表面冶金新技术，是在低真空条件下，通过真空加热炉把热能作用于金属基体和涂敷层，使合金熔覆层熔化，并与基材发生溶解和扩散等物理化学反应，从而得到冶金结合良好的金属陶瓷复合涂层的技术。真空熔覆涂层技术具有以下优点：设备简单，工艺参数少，温度可实现计算机控制；工件加热均匀性好，不易产生变形；涂层致密度高气孔少，不易氧化；涂层与基体冶金结合好。

发明内容

本发明为了解决现有金属表面强化处理工艺复杂、成本高，不适合工业化生产的技术问题，提供一种利用真空熔覆法在复杂工件表面制备Ni\TiB₂耐磨耐蚀涂层的方法。

本发明提出的一种镍和二硼化钛混合料，其由下列重量百分比的原料配制而成：二硼化钛20 ~ 40 %、镍60 ~ 80%。 

本发明提出的利用镍和二硼化钛混合料在金属基体上制作涂层的方法，工艺步骤如下：

根据制作镍和二硼化钛混合料的配比，称取TiB₂粉、Ni60A粉配制混合料；将滚动球与所述混合料放入球磨机中球磨；其中，球料比1:1～1:3，球磨机

转速30～80rpm，球磨时间1～5h，装料系数1/2～3/4；

混料完成后，将混合料干燥；

将球磨完的混合料掺入粘结剂，制成膏状物均匀涂覆于金属基体的外壁，厚度为2~3mm；再将预涂覆好的金属基体置于烘箱内，在80℃保温10小时；

将预制好涂层的金属基体置于真空烧结炉中，加热至1420℃保温10min，至涂层合金化。

所述球磨后的混合料的粒度均为10～20μm。

所述球磨混料的方式为滚动球磨、行星球磨、三维摇臂混料或搅拌球磨方式中一种。

所述的粘结剂为松香酒精溶液或聚乙烯醇（PVA）溶液。

本发明采用细颗粒TiB₂粉和Ni基合金粉末为原料，按比例称重后球磨得到混合粉末，掺入粘结剂制成膏状浆料，均匀涂覆于金属基体外壁，将其烘干后在真空烧结炉中加热至合金化，即得耐磨的金属基体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.经过表面强化后的金属基体，硬度和耐磨性可大大提高，使用寿命也明显增加。

2. 二硼化钛具有高硬度、高强度、高弹性模量以及优异耐磨性能，成本较传统硬质相WC低，性能与其相当，可有效节省成本。

3. 制备工艺简单，能耗低，适用于工业化生产。

具体实施方式

本发明提出的一种镍和二硼化钛混合料，其由下列重量百分比的原料配制而成：二硼化钛20 ~ 40 %、镍60 ~ 80%。

下面利用对炼钢厂棒材扎制机用导位轮进行表面强化处理的实施例，对本发明作进一步的说明：

实施实例1：                                                           

根据制作镍和二硼化钛混合料的配比，称取TiB₂粉300g，Ni60A粉700g，放入球磨罐中，加入1000g钢球，利用滚动球磨机进行球磨混料，球磨机转速55rpm，装料系数0. 5，球磨时间3h，球磨后的混合料的粒度均为10～20μm。

将球磨后的混合粉末用有机粘结剂：聚乙烯醇溶液（浓度为2％）50ml，搅拌混合15min，调制成膏状浆料，将其均匀涂覆于导位轮外壁，厚度控制在2mm，将其置于烘箱内，在80℃保温10小时烘干，将干燥后预制涂层的导位轮放入真空烧结炉，在1420℃保温10min，空冷至室温即可得到表面强化导位轮。

实施实例2：                                                           

根据制作镍和二硼化钛混合料的配比，称取TiB₂粉200g，Ni60A粉800g，放入球磨罐中，加入3000g钢球，利用行星球磨进行球磨混料，球磨机转速30rpm，装料系数0.65，球磨时间1h，球磨后的混合料的粒度均为10～20μm。将球磨后的混合粉末用有机粘结剂聚乙烯醇溶液（浓度为2％）50ml，搅拌混合15min，调制成膏状浆料，将其均匀涂覆于导位轮外壁，厚度控制在2.5mm，将其置于烘箱内，在80℃保温10小时烘干，将干燥后预制涂层的导位轮放入真空烧结炉，在1420℃保温10min，空冷至室温即可得到表面强化导位轮。

实施实例3：                                                           

根据制作镍和二硼化钛混合料的配比，称取TiB₂粉400g，Ni60A粉600g，放入球磨罐中，加入2000g钢球，利用三维摇臂混料或搅拌球球磨进行球磨混料，球磨机转速80rpm，装料系数0.75，球磨时间5h，球磨后的混合料的粒度均为10～20μm。将球磨后的混合粉末用松香酒精溶液50ml，搅拌混合12min，调制成膏状浆料，将其均匀涂覆于导位轮外壁，厚度控制在3mm，将其置于烘箱内，在80℃保温10小时烘干，将干燥后预制涂层的导位轮放入真空烧结炉，在1420℃保温10min，空冷至室温即可得到表面强化导位轮。

本发明在导位轮外壁制备表面强化涂层，选择TiB₂作为耐磨硬质相，TiB₂不仅具有低密度 (4.52 g/cm³) 、高硬度(34Gpa)、高熔点（2980℃)）和高杨氏模量[ (414GPa (1090℃) ]等特性，也具有良好耐磨和耐蚀性能。同时选择润湿性良好的金属Ni作为浸润剂，采用真空熔覆的方法制备耐磨涂层。通过真空熔覆技术在金属基体材料表面形成TiB₂覆层，则可将TiB₂陶瓷的优良特性与金属材料的强韧性、可加工性结合起来，获得理想复合涂层制品，同时制备工艺简单，便于工业化生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种镍和二硼化钛混合料，其特征在于，由下列重量百分比的原料配制而成：二硼化钛20 ~ 40 %、镍60 ~ 80%。

2.一种利用权利要求1所述镍和二硼化钛混合料在金属基体上制作涂层的方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：

根据制作镍和二硼化钛混合料的配比，称取TiB₂粉、Ni60A粉配制混合料；将滚动球与所述混合料放入球磨机中球磨；其中，球料比1:1～1:3，球磨机

转速30～80rpm，球磨时间1～5h，装料系数1/2～3/4；

混料完成后，将球磨后的混合料干燥；

将球磨完的混合料掺入粘结剂，制成膏状物均匀涂覆于金属基体的外壁，厚度为2~3mm；再将预涂覆好的金属基体置于烘箱内，在80℃保温10小时；

将预制好涂层的金属基体置于真空烧结炉中，加热至1420℃保温10min，至涂层合金化。

3.如权利要求2所述的制作涂层的方法，其特征在于：所述球磨后的混合料的粒度均为10～20μm。

4.如权利要求2所述的制作涂层的方法，其特征在于：所述球磨混料的方式为滚动球磨、行星球磨、三维摇臂混料或搅拌球磨方式中的一种。

5.如权利要求2所述的制作涂层的方法，其特征在于：所述的粘结剂为松香酒精溶液或聚乙烯醇溶液。