CN104357780A - 一种高硬度Ni45-WC纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高硬度Ni45-WC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56％-68％、WC占26％-41％、刚玉占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：先采用温式粉碎法制得Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B、Fe和刚玉制得纳米粉末，之后采用超音速火焰喷涂工艺制备Ni45-WC纳米涂层。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，整体提高了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

一种高硬度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，具体说是一种高硬度Ni45-WC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
近年来，热喷涂技术在国民经济建设中所发挥的重大作用，越来越引起人们重。它作为表面技术一个重要组成部分，在我国国家“六五”至“九五”连续四个五年计划重点推广应用中取得了显著成绩，获得了重大经济效益。
目前，无论在设备、材料、工艺、科研等方面都在迅速发展与提高。从2006年10月在宁波举行的“第十五届全国热喷涂技术经验交流会”上国内外专家的专题报告以及宣读的论文中可以看出，我国热喷涂技术近期发展的概况及特点是：设备方面(喷枪)向高能、高速度方向发展；材料方面向系列化、标准化、商品化方向发展，以保证多功能高质量涂层的需要；工艺方面向机械化、自动化方向发展。目前实际应用中已实现工业化生产的喷涂材料有金属、合金和陶瓷等，主要以粉末、丝材、棒材状态使用，其中喷涂粉末占喷涂材料总用量的70％以上。
热喷涂工艺大同小异，喷涂材料的不同决定了涂层性能的差别，为了适应热喷涂技术在各个系列产品中的推广应用，人们需要适用于不同系列产品中、具有特殊性能的喷涂材料。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高硬度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：
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占56％-68％、WC占26％-41％、刚玉占1％-5％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe；由于材料韧性比较高、硬度稍差,而添加了助剂刚玉(Al2O3)可提高硬度、韧性近40％，使材料的韧性、硬度都有较大的增强。
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用温式粉碎法制得Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B、Fe制得纳米粉末，同时添加助剂刚玉，之后采用超音速火焰喷涂工艺在12CrNi3A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％，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-WC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。
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：
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占58％、WC占37％、刚玉占4.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层的制备方法包括以下步骤：先采用温式粉碎法制得Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B、Fe制得纳米粉末，同时添加助剂刚玉，之后采用超音速火焰喷涂工艺在12CrNi3A热作模具钢基体上制备Ni45-WC纳米涂层。
所述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。
所述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对比见表2。
实施例二：
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占62％、WC占32％、刚玉占5.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层的制备方法同实施例一。
所述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。
所述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对比见表3。
实施例三：
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占65％、WC占31％、刚玉占3.11％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni45-WC纳米涂层的制备方法同实施例一。
所述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。
所述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对比见表4。
实验证明，Ni45-WC涂层的硬度可达到HRC65，涂层厚度可达5毫米，经过多次试验得出Ni45-WC涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度可达11.22g/cm3。
表1Ni45-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。
表2实施例一的Ni45-WC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 68.7342 68.7328 1.4
对照组 71.9714 71.9561 15.3
表3实施例二的Ni45-WC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 76.6241 76.6225 1.6
对照组 69.8641 69.8495 14.6
表4实施例三的Ni45-WC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 66.2436 66.2424 1.2
对照组 74.3872 74.3709 16.3
由表2、表3和表4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，在相同的条件下，9Cr18的磨损量是Ni45-WC涂层的14倍，这表明HVOF制备的Ni-WC涂层具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度、强度、韧性、耐高温和耐摩擦等传统工艺所不具有的优异性能。
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)

1.一种高硬度Ni45-WC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56％-68％、WC占26％-41％、刚玉占1％-5％、微量元素占0.89％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
2.一种高硬度Ni45-WC纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用温式粉碎法制得Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B、Fe制得纳米粉末，同时添加助剂刚玉，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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