CN103522628A - 抗多碰的镍基复合涂层及其涂覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗多碰的镍基复合涂层及其涂覆方法，所述镍基复合涂层中Ni元素的重量分数沿靠近基体的一侧向远离基体的一侧梯度增加。所述镍基复合涂层材料的涂覆方法主要包括采用激光熔覆的方法在基体上熔覆第一子涂层，熔覆后，磨平顶面，熔覆第二子涂层，按照上述方法熔覆第三子涂层和第四子涂层，第一子涂层至第四子涂层中Ni元素的重量含量从10%梯度递增至44.45%，熔覆时，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW。本发明通过在基体上熔覆具有Ni梯度的涂层，能够提高抗碰撞能力，从而大大减少了工件的损坏，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及涂层材料和涂覆方法，尤其是一种抗多碰的镍基复合涂层材料及其涂覆方法。
背景技术
镍基自熔合金粉末因其良好的润湿性、耐蚀性、耐磨性和自润滑作用及适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。利用激光熔覆技术制备镍基涂层取得了很大的进展。
在工程机械中广泛存在着多次碰撞载荷下工作的零构件，如各种阀、泵等零构件，这些零构件是机械部件中重要构件，其多碰后失效引起的检修、停产带来巨大的经济损失。由多碰载荷引起的失效大部分源于材料的塑性变形。经本发明探索发现，激光熔覆镍基复合涂层适用于多碰载荷。
故，需要研发一种耐多碰的镍基复合涂层材料。
发明内容
发明目的：本发明的一个目的是提供一种抗多碰的镍基复合涂层及其涂覆方法，以解决上述问题，减少工件的损坏，降低损失。
技术方案：一种抗多碰的镍基复合涂层，所述镍基复合涂层中Ni元素的重量分数沿靠近基体的一侧向远离基体的一侧梯度增加。镍基复合涂层中Ni元素的重量分数从8%梯度递增至50%。所述镍基复合涂层包括若干一体化的子涂层，各子涂层分别采用激光熔覆的方法形成。
所述子涂层为4层，每层为1.2-1.7mm，从靠近基体方向到远离基体方向依次为第一子涂层、第二子涂层、第三子涂层和第四子涂层，以重量分数计，所述第一子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 1.0、Cr 18、Ni 10，余量为Fe和其他微量元素；所述第二子涂层的成分为C 0.05、B 1.84、Si 1.84、Cr 21.1、Ni 23.69，Fe 51.33，余量为其他微量元素；所述第三子涂层的成分为C 0.05、B 0.5、Si 2.49、Cr 22.31、Ni 36.92，Fe 37.55，余量为其他微量元素；所述第四子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 2.50、Cr25.97、Ni 42.98，Fe 28.17，余量为其他微量元素。一种抗多碰的镍基复合涂层材料的涂覆方法：采用激光熔覆的方法在基体上熔覆第一子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第一子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 1.0、Cr 18、Ni 10，Fe 0，余量为其他物质；
熔覆后，磨平顶面，熔覆第二子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第二子涂层的成分为C 0.05、B 1.84、Si 1.84、Cr 21.1、Ni 23.69，Fe 51.33，，余量为其他微量元素
熔覆后，磨平顶面，熔覆第三子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第三子涂层的成分为C 0.05、B 0.5、Si 2.49、Cr 22.31、Ni 36.92，Fe 37.55，，余量为其他微量元素
熔覆后，磨平顶面，熔覆第四子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第四子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 2.50、Cr25.97、Ni 42.98，Fe 28.17，余量为其他微量元素。
有益效果：本发明通过在基体上熔覆具有Ni梯度的涂层，实验发现它能够提高抗碰撞能力，从而大大减少了工件的损坏，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明的硬度曲线图；
图2是本发明的累积形变曲线图。
具体实施方式
本发明通过在基体（基材或工件）表面设置抗多碰的镍基复合涂层，涂层中Ni元素的重量含量沿靠近基体的一侧向远离基体的一侧梯度增加。实验发现比较好的渐变梯度为：镍基复合涂层中Ni元素的重量含量从8%梯度递增至50%，在某些实施例中为指数分布。涂层可以采用激光熔覆或堆焊等方法实现，针对某些特别情况，本领域的技术人员还可以选用其他方法来实现具有Ni梯度的涂层。
实施例1
为提高其耐多碰性能，在0Cr18Ni9基体上采用渐变分布的涂层。第一、二、三和四子涂层中Ni的重量百分比为10%、22.227%、37.304%和44.454%。即试件指数分布梯度涂层表面的第四层Ni含量为44.454%，控制每层高度1.5mm左右。采用激光熔覆的方法进行，在矩形光斑尺寸10mm×1mm、扫描速度V = 5mm/s、激光功率为3.5KW-4.5KW时,熔覆后磨平试样的顶面，重复进行熔覆，最后将梯度涂层试样切割成10mm×5mm×45mm的多碰试件。然后在疲劳试验机上对涂层进行多碰测试。在自制的多碰疲劳试验机上进行多碰实验、XTL-1体视显微镜、JX68302-00工具显微镜观察试样微观结构、HXD-1000B数字显微硬度计测量多碰前后的显微硬度等。
从附图1和附图2中可以可以看出，随着Ni含量的增加，涂层的硬度越高，随着多碰次数的增加，涂层的塑性变形量越小，涂层材料具备“趋表效应”。
实施例2
为提高其耐多碰性能，在0Cr18Ni9基体上采用渐变分布的涂层。第一、二、三和四子涂层中Ni的重量百分比为11%、25.44%、37.304%和42.98%。控制每层高度1.5mm左右。采用激光熔覆的方法进行，在矩形光斑尺寸10mm×1mm、扫描速度V = 5mm/s、激光功率为3.5KW-4.5KW时,熔覆后磨平试样的顶面，重复进行熔覆，最后将梯度涂层试样切割成10mm×5mm×45mm的多碰试件。然后在疲劳试验机上对涂层进行多碰测试。在自制的多碰疲劳试验机上进行多碰实验、XTL-1体视显微镜、JX68302-00工具显微镜观察试样微观结构、HXD-1000B数字显微硬度计测量多碰前后的显微硬度等。实验发现，随着Ni含量的增加，涂层的硬度越高，随着多碰次数的增加，涂层的塑性变形量越小，涂层材料具备“趋表效应”。
实施例3
为提高其耐多碰性能，在0Cr18Ni9基体上采用渐变分布的涂层。第一、二、三和四子涂层中Ni的重量百分比为10%、23.69%、36.92%和42.98%。控制每层高度1.5mm左右。采用激光熔覆的方法进行，在矩形光斑尺寸10mm×1mm、扫描速度V = 5mm/s、激光功率为3.5KW-4.5KW时,熔覆后磨平试样的顶面，重复进行熔覆，最后将梯度涂层试样切割成10mm×5mm×45mm的多碰试件。然后在疲劳试验机上对涂层进行多碰测试。在自制的多碰疲劳试验机上进行多碰实验、XTL-1体视显微镜、JX68302-00工具显微镜观察试样微观结构、HXD-1000B数字显微硬度计测量多碰前后的显微硬度等。实验发现，随着Ni含量的增加，涂层的硬度越高，随着多碰次数的增加，涂层的塑性变形量越小，涂层材料具备“趋表效应”。
实施例4
为提高其耐多碰性能，在0Cr18Ni9基体上采用渐变分布的涂层。第一、二、三和四子涂层中Ni的重量百分比为8%、27.23%、37.304%和44.454%。控制每层高度1.5mm左右。采用激光熔覆的方法进行，在矩形光斑尺寸10mm×1mm、扫描速度V = 5mm/s、激光功率为3.5KW-4.5KW时,熔覆后磨平试样的顶面，重复进行熔覆，最后将梯度涂层试样切割成10mm×5mm×45mm的多碰试件。然后在疲劳试验机上对涂层进行多碰测试。在自制的多碰疲劳试验机上进行多碰实验、XTL-1体视显微镜、JX68302-00工具显微镜观察试样微观结构、HXD-1000B数字显微硬度计测量多碰前后的显微硬度等。实验发现，随着Ni含量的增加，涂层的硬度越高，随着多碰次数的增加，涂层的塑性变形量越小，涂层材料具备“趋表效应”。
实施例5
为提高其耐多碰性能，在0Cr18Ni9基体上采用渐变分布的涂层。第一、二、三和四子涂层中Ni的重量百分比为10.2%、26.31%、37.304%和43.554%。控制每层高度1.5mm左右。采用激光熔覆的方法进行，在矩形光斑尺寸10mm×1mm、扫描速度V = 5mm/s、激光功率为3.5KW-4.5KW时,熔覆后磨平试样的顶面，重复进行熔覆，最后将梯度涂层试样切割成10mm×5mm×45mm的多碰试件。然后在疲劳试验机上对涂层进行多碰测试。在自制的多碰疲劳试验机上进行多碰实验、XTL-1体视显微镜、JX68302-00工具显微镜观察试样微观结构、HXD-1000B数字显微硬度计测量多碰前后的显微硬度等。实验发现，随着Ni含量的增加，涂层的硬度越高，随着多碰次数的增加，涂层的塑性变形量越小，涂层材料具备“趋表效应”。
Claims (5)
1.一种抗多碰的镍基复合涂层，其特征在于：所述镍基复合涂层中Ni元素的重量分数沿靠近基体的一侧向远离基体的一侧梯度增加。
2.如权利要求1所述的抗多碰的镍基复合涂层，其特征在于：镍基复合涂层中Ni元素的重量分数从10%梯度递增至44.45%。
3.如权利要求1所述的抗多碰的镍基复合涂层，其特征在于：所述镍基复合涂层包括若干一体化的子涂层，各子涂层分别采用激光熔覆的方法形成。
4.如权利要求3所述的抗多碰的镍基复合涂层，其特征在于：所述子涂层为4层，每层为1.2-1.7mm，从靠近基体方向到远离基体方向依次为第一子涂层、第二子涂层、第三子涂层和第四子涂层，以重量分数计，所述第一子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 1.0、Cr 18、Ni 10，余量为Fe和其他微量元素；所述第二子涂层的成分为C 0.05、B 1.84、Si 1.84、Cr 21.1、Ni 23.69，Fe 51.33，余量为其他微量元素；所述第三子涂层的成分为C 0.05、B 0.5、Si 2.49、Cr 22.31、Ni 36.92，Fe 37.55，余量为其他微量元素；所述第四子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 2.50、Cr25.97、Ni 42.98，Fe 28.17，余量为其他微量元素。
5.一种抗多碰的镍基复合涂层材料的涂覆方法，其特征在于，采用激光熔覆的方法在基体上熔覆第一子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第一子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 1.0、Cr 18、Ni 10，余量为Fe和其他微量物质；
熔覆后，磨平顶面，熔覆第二子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第二子涂层的成分为C 0.05、B 1.84、Si 1.84、Cr 21.1、Ni 23.69，Fe 51.33，余量为其他微量元素；
熔覆后，磨平顶面，熔覆第三子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第三子涂层的成分为C 0.05、B 0.5、Si 2.49、Cr 22.31、Ni 36.92，Fe 37.55，余量为其他微量元素；
熔覆后，磨平顶面，熔覆第四子涂层，激光光斑尺寸为10mm×1mm，扫描速度为4.5-5.5mm/s，激光功率为3.5-4.5KW，以重量分数计，所述第四子涂层的成分为C 0.05、B 0、Si 2.50、Cr25.97、Ni 42.98，Fe 28.17，余量为其他微量元素。
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