CN104264024A - 一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 - Google Patents
一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104264024A CN104264024A CN201410465210.8A CN201410465210A CN104264024A CN 104264024 A CN104264024 A CN 104264024A CN 201410465210 A CN201410465210 A CN 201410465210A CN 104264024 A CN104264024 A CN 104264024A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zro
- coating
- nano coating
- preparation
- zro2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 10
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 10
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 10
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 239000012190 activator Substances 0.000 abstract 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 abstract 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- -1 structure Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
本发明涉及一种Ni45-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Ni45占15％-36％、ZrO2占71％-88％、Al2O3占1％-5％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe；其包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处理Ni45、ZrO2和Al2O3，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、使碳化钨涂层韧性提高了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。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法。
背景技术
等离子喷涂属于热喷涂技术，它是将粉末材料送入等离子体(射频放电)中或等离子射流(直流电弧)中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后，在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围广，成本低等优点。因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己成为热喷涂技术的最重要组成部分。
但该技术沉积效率低、送粉速率低、孔隙率高、获得的涂层硬度较低,且对粉末粒度分布要求高，硬度高、性能优良的涂层材料非常紧缺。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种Ni45-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Ni45-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占15％-36％、ZrO2占60％-82％、Al2O3占1％-5％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe；所述Al2O3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Ni45-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Ni45、ZrO2和Al2O3，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Ni45-ZrO2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Ni45-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Ni45-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占15％、ZrO2占82％、Al2O3占2％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni45-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Ni45、ZrO2和Al2O3，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Ni45-ZrO2涂层。
所述Ni45-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Ni45-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Ni45-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占18％、ZrO2占77％、Al2O3占4％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni45-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni45-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Ni45-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Ni45-ZrO2纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占27％、ZrO2占69％、Al2O3占3％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni45-ZrO2纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni45-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Ni45-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。
实验证明，Ni45-ZrO2涂层的硬度可达到HRC72，涂层厚度可达1毫米，经过多次试验得出Ni45-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。
表1 Ni45-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，Ni45-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Ni45-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 | 73.5234 | 73.5221 | 1.3 |
| 对照组 | 71.9714 | 71.9561 | 15.3 |
表3 实施例二的Ni45-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 | 65.2365 | 65.2354 | 1.1 |
| 对照组 | 69.8641 | 69.8495 | 14.6 |
表4 实施例三的Ni45-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 | 68.5987 | 68.5975 | 1.2 |
| 对照组 | 74.3872 | 74.3709 | 16.3 |
由表2、表3和表4可见，Ni45-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。采用等离子喷涂工艺在3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni45-ZrO2涂层，等离子喷涂制备的Ni45-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。
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Ni45-ZrO2纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Ni45占15％-36％、ZrO2占71％-88％、Al2O3占1％-5％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
2.一种Ni45-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Ni45、ZrO2和Al2O3，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Ni45-ZrO2涂层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410465210.8A CN104264024B (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410465210.8A CN104264024B (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104264024A true CN104264024A (zh) | 2015-01-07 |
| CN104264024B CN104264024B (zh) | 2016-05-25 |
Family
ID=52155596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410465210.8A Expired - Fee Related CN104264024B (zh) | 2014-09-11 | 2014-09-11 | 一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104264024B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104827046A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 一种硬质Fe-SiC-Mo纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831219A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 硬质WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831223A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 | 一种WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831217A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 | 一种硬质Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104846314A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-19 | 安徽再制造工程设计中心有限公司 | 一种Fe-ZrO2涂层材料及其制备方法 |
| CN104911529A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-09-16 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104923939A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-09-23 | 安徽再制造工程设计中心有限公司 | 一种焊接用Ni-TiO2纳米焊层及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101591482A (zh) * | 2008-11-28 | 2009-12-02 | 中国电力科学研究院 | 一种耐磨耐蚀纳米结构Ni基涂层及制备方法 |
| CN101709468A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-05-19 | 南昌航空大学 | 激光感应复合熔覆快速制备梯度金属陶瓷复合材料的方法 |
| CN102787933A (zh) * | 2012-08-29 | 2012-11-21 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 具有纳米合金涂层的气缸 |
-
2014
- 2014-09-11 CN CN201410465210.8A patent/CN104264024B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101591482A (zh) * | 2008-11-28 | 2009-12-02 | 中国电力科学研究院 | 一种耐磨耐蚀纳米结构Ni基涂层及制备方法 |
| CN101709468A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-05-19 | 南昌航空大学 | 激光感应复合熔覆快速制备梯度金属陶瓷复合材料的方法 |
| CN102787933A (zh) * | 2012-08-29 | 2012-11-21 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 具有纳米合金涂层的气缸 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104827046A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 一种硬质Fe-SiC-Mo纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831219A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 硬质WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831223A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 | 一种WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104831217A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-12 | 芜湖鼎瀚再制造技术有限公司 | 一种硬质Fe-ZrO2纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104846314A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-19 | 安徽再制造工程设计中心有限公司 | 一种Fe-ZrO2涂层材料及其制备方法 |
| CN104911529A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-09-16 | 芜湖鼎恒材料技术有限公司 | 高强度WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
| CN104923939A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-09-23 | 安徽再制造工程设计中心有限公司 | 一种焊接用Ni-TiO2纳米焊层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104264024B (zh) | 2016-05-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104264024A (zh) | 一种Ni45-ZrO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104451514A (zh) | 一种SiC-Al2O3纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104388885A (zh) | 一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104233084B (zh) | 一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法 | |
| CN103627943A (zh) | 一种TiC系钢结硬质合金 | |
| CN104264025B (zh) | 一种Ni45-WC纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104264093A (zh) | 一种Fe-Gr-Ni纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104357790A (zh) | 一种WC-ZrO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104264099B (zh) | 一种Fe-Gr-Si纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104233161A (zh) | 一种Ni60A-ZrO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104294203A (zh) | 一种Al2O3-TiO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104388884A (zh) | 一种耐磨Ni45-WC纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104372337A (zh) | 一种Ni-TiO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104388877A (zh) | 一种Ni60B-WC-Mo纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104264096A (zh) | 一种Ni60B-Al2O3纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104831125A (zh) | 高强度Co-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法 | |
| CN104264097A (zh) | 一种CBN-TiO2涂层及其制备方法 | |
| CN104264095A (zh) | 一种CBN-WC-10Co纳米涂层 | |
| CN104451511A (zh) | 一种Ni60B-ZrO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN104846310A (zh) | 硬质WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法 | |
| CN104862638A (zh) | 一种Ni-Co-Mo-Mn涂层材料及其制备方法 | |
| CN104451509A (zh) | 一种Ni-Cu-W涂层及其制备方法 | |
| CN104846318A (zh) | 一种Fe-SiC-TiO2纳米涂层材料及其制备方法 | |
| CN104831143A (zh) | 一种WC-TiO2-Mo纳米涂层材料及其制备方法 | |
| CN104831223A (zh) | 一种WC-ZrO2-Si纳米涂层材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160525 |