CN104264025A - 一种Ni45-WC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-WC纳米涂层及其制备方法，其组分包括Ni、WC和微量元素，其组分还包括助剂TiO2，所述Ni为Ni45，所述各组分的质量分数为Ni45占9.22％-27.22％、WC占70％-88％、微量元素占0.78％、TiO2占2％。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，使碳化钨涂层硬度提高了50％，使碳化钨涂层弹性模量提高8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，对改善工件的综合力学性能有显著的作用，本发明所得的纳米材料优于传统涂层材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，与传统合金材料相比有着很大的进步。

Description

一种Ni45-WC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Ni45-WC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
在传统工艺中，修复工件大多采用喷焊、堆焊、电镀硬铬等工艺，被修复的工件涂层存在结合力低、孔隙率高、均匀性差等问题，此外,对于较小的制品,喷涂效率低,成本高。热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上,形成特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术。以Ni和WC元素为主，以C、Cr等微量元素为辅制成的热喷涂粉末具有耐高温、抗氧化、高强度、高硬度及耐腐蚀性能好等特点，广泛应用于于航空航天、冶金、机械等领域。然而此类热喷涂粉末韧性低，容易出现脆性断裂。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种Ni45-WC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-WC纳米涂层，其组分包括Ni、WC和微量元素，其组分还包括助剂TiO2，所述Ni为Ni45，所述各组分的质量分数为Ni45占10％-28％、WC占70％-88％、微量元素占0.78％、TiO2占2％，所述TiO2为助剂，可提高Ni45-WC纳米涂层的韧性50％，使Ni45-WC纳米涂层在180℃左右的工作环境下弯曲不断裂。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni45-WC纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：首先采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用超音速火焰喷涂工艺在3Cr2W8V热作模具钢基体上制备Ni45-WC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，使涂层硬度提高了50％，使涂层弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，对改善工件的综合力学性能有显著的作用，本发明所得的纳米材料优于传统涂层材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等，与传统合金材料相比有着很大的进步。
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-WC纳米涂层，其组分中Ni45占9.22％、WC占88％、微量元素占0.78％、TiO2占2％，经过多次试验得出Ni45-WC纳米涂层的结合强度、组织的致密度较好可达0.74，涂层密度达14.28g/cm3。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种Ni45-WC纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：首先采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用超音速火焰喷涂工艺在3Cr2W8V热作模具钢基体上制备Ni45-WC纳米涂层。
实施例二：
一种Ni45-WC纳米涂层，其组分中Ni45占27.22％、WC占70％、微量元素占0.78％、TiO2占2％，经过多次试验得出Ni45-WC纳米涂层的结合强度、组织的致密度较好可达0.74，涂层密度达14.28g/cm3。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
所述Ni45-WC纳米涂层的制备方法同实施例一。
实施例三：
一种Ni45-WC纳米涂层，其组分中Ni45占16.22％、WC占81％、微量元素占0.78％、TiO2占2％，经过多次试验得出Ni45-WC纳米涂层的结合强度、组织的致密度较好可达0.74，涂层密度达14.28g/cm3。
所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
所述Ni45-WC纳米涂层的制备方法同实施例一。
采用以上实施例中的Ni45-WC纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。
表1覆盖有不同配比的Ni45-WC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-WC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。
采用以上实施例中的Ni45-WC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见表2和表3。
表2不同配比的材料制成的Ni45-WC纳米涂层的摩擦磨损性能实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
实施例一 68.4313 68.4301 1.2
实施例二 77.5728 77.5712 1.6
实施例三 65.5737 65.5726 1.1
表320Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果：
组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)
对照组一 71.9714 71.9611 10.3
对照组二 69.8641 69.8513 12.8
对照组三 74.3872 74.3764 10.8
由表2和表3可见，Ni45-WC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。
所述Ni45-WC纳米涂层可采用超音速火焰喷涂工艺在3Cr2W8V热作模具钢基体上制备Ni45-WC纳米涂层，Ni45-WC纳米涂层的硬度可达到HRC71，涂层厚度可达1毫米，在相同的条件下，3Cr2W8V的磨损量是Ni45-WC纳米涂层的10倍左右，这表明超音速火焰制备的Ni45-WC纳米涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
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-WC纳米涂层，其组分包括Ni45、WC和微量元素，其特征在于：其组分还包括助剂TiO2，所述各组分的质量分数为Ni45占9.22％-27.22％、WC占70％-88％、微量元素占0.78％、TiO2占2％,所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
2.一种Ni45-WC纳米涂层的制备方法，其特征在于：所述各组分采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用超音速火焰喷涂工艺在热作模具钢基体上制备Ni45-WC纳米涂层。
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