CN104264096A - 一种Ni60B-Al2O3纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占63.5％-76.4％、Al₂O₃占22.3％-35.2％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo，其制备方法为：先采用干式粉碎法制得Ni60B和Al₂O₃的纳米球，再采用活性剂保护法混合Cr、Si、B、Fe、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备Ni60B-Al₂O₃纳米涂层。本发明与传统合金材料相比硬度有所加强，韧性、结合强度有极大提高，涂层可加厚度也有很大提高，很适合一些工作面比较苛刻，受到重力冲击的工件，结合面不会受到影响。

Description

一种Ni60B-Al2O3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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层及其制备方法。

背景技术

中国特色的再制造工程是在维修工程、表面工程基础上发展起来的，主要基于复合表面工程技术、纳米表面工程技术和自动化表面工程技术，这些先进的表面工程技术是国外再制造时所不曾采用的。先进表面工程技术在再制造中的应用，可将旧工件的利用率提高到90％，使零件的尺寸精度和质量标准不低于原型新品水平，而且在耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能方面达到原型新品水平，并最终确保再制造装备零部件的性能质量达到甚至超过原型新品。再制造的重要特征是再制造后的产品质量和性能不低于新品，成本只是新品的50％，节能60％，节材70％，对环境的不良影响显著降低。

然而无论何种喷涂工艺或再制造技术，都离不开喷涂材料，性能各异的喷涂材料可用于喷涂不同使用要求的工件，满足日益多样化的需求。

针对现有涂层普遍存在耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，人们需要一种能配合激光熔覆技术，改善材料表面涂层的微观组织、结构，提高涂层硬度的新型材料。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种Ni60B-Al₂O₃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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占63.5％-76.4％、Al₂O₃占22.3％-35.2％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo，所述Mo元素能显著提高合金在非氧化性酸和有机酸以及海水中的耐蚀能力，提高涂层的高温强度和红硬性。

一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Ni60B和Al₂O₃的纳米球，再采用活性剂保护法混合Cr、Si、B、Fe、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备Ni60B-Al₂O₃纳米涂层。

本发明的有益效果是：本发明优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着较大的进步，所含材料具有耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料，与传统合金材料相比硬度有所加强，韧性、结合强度有极大提高，涂层可加厚度也有很大提高，很适合一些工作面比较苛刻，受到重力冲击的工件，结合面不会受到影响，解决了现有涂层耐磨性较差、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％，弹性模量提高了8.9％-15.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能。

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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占63.5％、Al₂O₃占35.2％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。

一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Ni60B和Al₂O₃的纳米球，再采用活性剂保护法混合Cr、Si、B、Fe、Mo制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备Ni60B-Al₂O₃纳米涂层。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占68.5％、Al₂O₃占30.2％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。

一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。

实施例三：

一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占76.4％、Al₂O₃占22.3％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。

一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr圆钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。

所述纳米涂层可采用等离子喷涂工艺在9Cr18模具钢基体上制备Ni60B-Al₂O₃纳米涂层。

测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能，并利用XRD对喷涂粉末济涂层进行了相结构分析，用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察。研究结果及主要结论如下：

表1 Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的工件与20Cr圆钢基体的性能对比实验结果：

由实验数据可得，Ni60B-Al₂O₃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，能明显提高工件表面的显微硬度。

表2 各实施例中的Ni60B-Al₂O₃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	49.2547	49.2538	0.9
实施例二	49.5478	49.5468	1.0
				实施例三	49.5578	49.5566	1.2
对照组	49.4578	49.4456	12.2

由表2可见，Ni60B-Al₂O₃纳米涂层具有优良的耐磨性。

在相同的条件下20Cr的磨损量是Ni60B-Al₂O₃涂层的12倍，这表明HVOF制备的Ni60B-Al₂O₃涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。

经过不同比例的配比可以使Ni60B-Al₂O₃涂层的硬度达到HRC69，涂层厚度可达3毫米。

经过多次试验得出Ni60B-Al₂O₃涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在8.6g/cm³。

本涂层材料适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。

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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占63.5％-76.4％、Al₂O₃占22.3％-35.2％、微量元素占1.3％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。

2.一种Ni60B-Al₂O₃纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Ni60B和Al₂O₃的纳米球，再采用活性剂保护法混合Cr、Si、B、Fe、Mo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Ni60B-Al₂O₃纳米涂层。