CN103320740B

CN103320740B - 一种用于高速电弧喷涂制备NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材

Info

Publication number: CN103320740B
Application number: CN201310260106.0A
Authority: CN
Inventors: 梁秀兵; 徐滨士; 郭永明; 陈永雄; 商俊超; 胡振峰; 蔡志海; 乔玉林
Original assignee: Beijing Ronglu Machinery Products Remanufacturing Technology Co Ltd; Academy of Armored Forces Engineering of PLA
Current assignee: Beijing Ronglu Machinery Products Remanufacturing Technology Co Ltd; Academy of Armored Forces Engineering of PLA
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: CN103320740A

Abstract

一种用于高速电弧喷涂技术制备NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材属于电弧喷涂领域。粉芯丝材采用Ni-Cr带外皮包裹粉芯，填充率：20-35%；粉芯丝材各元素原子百分比为：B-Fe合金：15-35at%；Si-Fe合金：5-15at%；Mo：15-35at%；Ni/C（C含量为40at%）：5-25at%；Ni：余量。其制备过程：将宽10mm、厚0.3mm的Ni-Cr带扎成U形，向U形槽中填充-80~+100目的混合粉末（填充率20-35%），然后将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。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0.3-0.7mm厚的低孔隙率、高结合强度的镍基非晶纳米晶自润滑减摩涂层，涂层硬度大于HV600，非晶相含量20-50%，涂层耐磨减摩效果显著，可用于自润滑减摩涂层的制备。

Description

一种用于高速电弧喷涂制备NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材

技术领域

本发明为一种用于高速电弧喷涂制备镍基非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材，主要用于耐磨减摩自润滑防护涂层制备，属于材料加工工程学科的热喷涂技术领域。

背景技术

润滑的目的在于降低摩擦系数和减少磨损。固体润滑的引入，突破了油膜润滑极限。在许多工况下，低摩擦系数固体润滑涂层以其自润滑功能，显示出巨大的优越性。低摩擦系数固体润滑涂层具有较高的承载能力，且能在高温、高速和强辐射等恶劣条件下工作。已经广泛应用在电子、食品、医药以及空间机械等领域。非晶纳米晶合金材料具有较高的强度和优良的耐磨、减摩性能。以涂层的形式应用性能独特的非晶纳米晶材料是现在的热点研究领域。高速电弧喷涂技术具有优质、高效、低成本的特点，且其电弧温度高达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，可获得非晶纳米晶涂层。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自润滑涂层，可用于机械零部件抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩防护涂层的制备，应用前景广阔。

发明内容

本发明提供了一种用于高速电弧喷涂技术制备NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材。粉芯丝材采用Ni-Cr带外皮包裹粉芯。粉芯丝材填充率：20-35%；粉芯丝材各元素原子百分比为：B-Fe合金：15-35at%；Si-Fe合金：5-15at%；Mo：15-35at%；Ni/C（C含量为40at%）：5-25at%；Ni：余量。

B、Si元素有：作为强还原剂，避免镍、铁等元素的氧化，同时还原这些元素的氧化物。形成的硼硅酸盐熔点低、密度小、粘度小、易于浮在涂层表面，防止涂层氧化，此外B和Si还具有强化作用，B通过与Ni、Cr形成化合物实现弥散强化，而Si则通过固溶达到强化。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MoO₃，减摩效果显著；Ni/C是应用较早的一类镍包覆粉体材料，具有金属镍的抗腐蚀性、韧性等特性，还具有石墨的固体润滑性好、热膨胀系数低等优点。镍包覆石墨在喷涂的时候可以防止石墨的烧损氧化，使石墨充分均匀溶入涂层中。通过合理设计丝材成分，制备的Ni基非晶纳米晶自润滑涂层的粉芯丝材，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-Cr带扎成U形，再向U形槽中填充20-35%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自润滑耐磨减摩涂层，涂层厚度0.3-0.7mm，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2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-Cr带，先将其扎成U形。取-80~+100目的混合粉末的成分：B-Fe：35%；Si-Fe：5%；Mo：30%；Ni/C：25%；Ni：余量。按质量百分比称重后用混粉机机械混合1h，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0.3mm厚的涂层，截面SEM形貌如图1所示。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，非晶相含量约40%（涂层XRD分析结果如图2所示），利用Scherrer公式计算出涂层的平均晶粒尺寸小于50nm。涂层在常温下干摩擦系数（氧化铝球为摩擦副）降低60%，耐磨损性能是20G钢的15倍。

实施例2：

选用宽10mm、厚0.3mm的Ni-Cr带，先将其扎成U形。取-80~+100目的混合粉末的成分：B-Fe：20%；Si-Fe：15%；Mo：35%；Ni/C：20%；Ni：余量。按质量百分比称重后用混粉机机械混合1h，按30%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0.3mm厚的涂层。喷涂参数为电压38V、电流200A、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，非晶相含量约45%，利用Scherrer公式计算出涂层的平均晶粒尺寸小于35nm。涂层在常温下干摩擦系数（氧化铝球为摩擦副）降低50%，耐磨损性能是20G钢的12倍。

实施例3：

选用宽10mm、厚0.3mm的Ni-Cr带，先将其扎成U形。取-80~+100目的混合粉末的成分：B-Fe：30%；Si-Fe：10%；Mo：30%；Ni/C：20%；Ni：余量。按质量百分比称重后用混粉机机械混合1h，按25%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的涂层，喷涂参数为电压36V、电流180A、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<1.5%，涂层显微硬度>HV600，非晶相含量约45%。涂层摩擦系数（氧化铝球为摩擦副）降低40%，耐磨损性能比20G提高10倍。

实施例4：

选用宽10mm、厚0.3mm的Ni-Cr带，先将其扎成U形。取-80~+100目的混合粉末的成分：B-Fe：30%；Si-Fe：5%；Mo：15%；Ni/C：5%；Ni：余量。按质量百分比称重后用混粉机机械混合1h，按20%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34V、电流160A、距离200mm、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%。涂层摩擦系数（氧化铝球为摩擦副）降低30%，耐磨损性能比20G钢提高6倍。

Claims

1.一种用于高速电弧喷涂技术制备NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶纳米晶自润滑减摩涂层的粉芯丝材，其特征在于：所述的粉芯丝材采用Ni-Cr带外皮包裹粉芯；粉芯丝材填充率：20-35％；粉芯丝材各元素原子百分比为：B-Fe合金：15-35at％；Si-Fe合金：5-15at％；Mo：15-35at％；Ni/C：5-25at％；Ni/C为镍包覆石墨，其中石墨含量为40at％；Ni：余量。