CN104264024A - 一种Ni45-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。
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| Date | Code | Title | Description |
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| 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 | ||
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Granted publication date: 20160525 |