CN104357786A - 一种Ni60B-CBN纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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    • 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
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Abstract

本发明涉及一种Ni60B-CBN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59.12％-77.14％、CBN占21.1％-39.12％、微量元素占1.76％，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CBN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3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60B-CBN纳米涂层。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很大的进步，解决了现有碳化钨涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题。

Description

一种Ni60B-CBN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-CBN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，成为建设资源节约型和环境友好型社会的重要途径。
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再制造技术，用于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-CBN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-CBN纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占59.12％-77.14％、CBN占21.1％-39.12％、微量元素占1.76％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种Ni60B-CBN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CBN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3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60B-CBN纳米涂层，加入少量的Mo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。
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很大的进步，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％，弹性模量提高了8.9％-15.4％，材料中加入钼，能改善钢的耐腐蚀性，提高材料的强度和耐磨性能；含钼的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小、耐磨、耐蚀、抗高温氧化等特性，适用于制造航空和航天的各种高温部件，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。
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-CBN纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占59.12％、CBN占39.12％、微量元素占1.76％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种Ni60B-CBN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CBN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3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60B-CBN纳米涂层。
所述Ni60B-CBN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-CBN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-CBN纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占59.12％、CBN占39.12％、微量元素占1.76％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种Ni60B-CBN纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60B-CBN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-CBN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-CBN纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60B占59.12％、CBN占39.12％、微量元素占1.76％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。
一种Ni60B-CBN纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60B-CBN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-CBN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3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni60B-CBN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-CBN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-CBN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-CBN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(g)
实施例一 53.2654 53.2648 6
实施例二 53.4125 53.4114 11
实施例三 53.6985 53.6977 8
对照组 53.6845 53.6715 130
由表2可见，Ni60B-CBN纳米涂层具有优良的耐磨性。
经过不同比例的配比可以使Ni60B-CBN涂层的硬度达到HRC71，涂层厚度达5毫米。
经过多次试验得出Ni60B-CBN涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在8.60g/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-CBN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59.12％-77.14％、CBN占21.1％-39.12％、微量元素占1.76％，所述微量元素包括Cr、Si、B、Fe、Mo。
2.一种Ni60B-CBN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CBN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-CBN纳米涂层。
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