CN104233161A - 一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占7％-26％、ZrO2占69％-88％、CaF2占1％-5％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe，其制备方法包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处理Ni60A、ZrO2和CaF2，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末。本发明解决了现有碳化钨涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用。

Description

一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法。
背景技术
据一些工业发达国家统计,每年钢材因腐蚀和磨损而造成的损失约占钢材总产量的10％，损失金额约占国民经济总产值的2％-4％。如果将因金属腐蚀和磨损而造成的停工、停产和相应引起的工伤、失火、爆炸事故等损失统计在内的话，其数值更加惊人。因此，发展金属表面防护和强化技术，是各国普遍关心的重大课题。
热喷涂是一种表面强化技术，可将细微而分散的金属或非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层，使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能，然而要获得不同性能的涂层，就要采用不同的涂层材料，现有技术中的涂层材料硬度不高，耐磨性低，仅能起到修复工件的目的，不能有效延长基体使用寿命，更不能超过基体原有性能。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占15％-36％、ZrO2占60％-82％、CaF2占1％-5％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe；所述CaF2可提高材料的韧性40％，可使材料的韧性、硬度都有较大的增强。
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处理Ni60A、ZrO2和CaF2，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60A-ZrO2纳米涂层。
本发明的有益效果是：本发明解决了现有碳化钨涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层强度提高了40％，韧性提高了100％，弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用；所述Ni60A-ZrO2纳米涂层适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等，与传统合金材料相比硬度高、耐磨性好、结合强度高、耐高温、耐腐蚀。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占7％、ZrO2占88％、CaF2占4.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处理Ni60A、ZrO2和CaF2，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60A-ZrO2纳米涂层。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。
实施例二：
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占13％、ZrO2占83％、CaF2占3.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表3。
实施例三：
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占21％、ZrO2占76％、CaF2占2.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni60A-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
所述Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表4。
表1 Ni60A-ZrO2纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
由实验数据可得，Ni60A-ZrO2纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高工件表面的结合强度，能大幅度提高工件表面的显微硬度。
表2 实施例一的Ni60A-ZrO2纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
实施例一 69.6413 69.6402 1.1
对照组 71.9714 71.9561 15.3
表3 实施例二的Ni60A-ZrO2纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
实施例二 76.3546 76.3531 1.5
对照组 69.8641 69.8495 14.6
表4 实施例三的Ni60A-ZrO2纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
实施例三 65.6732 65.6718 1.4
对照组 74.3872 74.3709 16.3
由表2、表3和表4可见，Ni60A-ZrO2纳米涂层能显著降低工件的表面摩擦磨损量，保证工件的持久耐磨性，大幅度延长工件的使用寿命。等离子喷涂制备的Ni60A-ZrO2涂层具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度和韧性，具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。
实验证明，Ni60A-ZrO2涂层的硬度可达到HRC73，涂层厚度可达2毫米，经过多次试验得出Ni60A-ZrO2涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度可达6.30g/cm3。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种Ni60A-ZrO2纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占7％-26％、ZrO2占69％-88％、CaF2占1％-5％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。 
2.一种Ni60A-ZrO2纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处理Ni60A、ZrO2和CaF2，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在模具钢基体上制备Ni60A-ZrO2纳米涂层。 
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