CN104388884A - 一种耐磨Ni45-WC纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耐磨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19％-38％、WC占63％-81％、微量元素占1.2％；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材料制得纳米粉末。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、使碳化钨涂层硬度提高了50％，韧性提高45％，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、韧性，同时也对提高综合力学性能有显著的作用。

Description

一种耐磨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，具体说是一种耐磨Ni45-WC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
表面失效是零部件中的重要失效形式，在表面失效中，磨损占70％-85％，其中磨料磨损造成的损失在磨损失效中占有50％。
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，然而工件种类繁多，现有的喷涂材料难以满足日益多样化的工件种类和性能要求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种耐磨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：
一种耐磨Ni45-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占19％-38％、WC占63％-81％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种耐磨Ni45-WC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纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末。
所述各组分可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％，韧性提高45％，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、韧性，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用，适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等，此纳米材料优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好与传统合金材料相比有着很大的进步。
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：
一种耐磨Ni45-WC纳米涂层，其组分包括17.8％的Ni45、81％的WC、1.2％的微量元素，所述微量元素包括：C、Cr、Si、B和Fe。
一种耐磨Ni45-WC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Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末，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：
一种耐磨Ni45-WC纳米涂层，其组分包括35.8％的Ni45、63％的WC、1.2％的微量元素，所述微量元素包括：C、Cr、Si、B和Fe。
一种耐磨Ni45-WC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Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末，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3。
实施例三：
一种耐磨Ni45-WC纳米涂层，其组分包括23％的Ni45、75.8％的WC、1.2％的微量元素，所述微量元素包括：C、Cr、Si、B和Fe。
一种耐磨Ni45-WC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Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末，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4。
实施例四：
一种耐磨Ni45-WC纳米涂层，其组分包括28％的Ni45、70.8％的WC、1.2％的微量元素，所述微量元素包括：C、Cr、Si、B和Fe。
一种耐磨Ni45-WC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Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末，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。
实验证明，Ni45-WC纳米涂层的硬度可达到HRC68，Ni45-WC纳米涂层的厚度可达3毫米，Ni45-WC纳米涂层硬度高，韧性有进一步的提升，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13.54g/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 68.2487 68.2479 0.8
对照组 71.9714 71.9564 15.0
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 76.3568 76.3558 1
对照组 69.8641 69.8498 14.3
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 69.5236 69.5230 0.6
对照组 74.3872 74.3713 15.9
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，12CrNi3A的磨损量可达Ni45-WC涂层的27倍，这表明超音速火焰喷涂工艺制备的Ni45-WC涂层具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度和韧性。
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)

1.一种耐磨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19％-38％、WC占63％-81％、微量元素占1.2％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
2.一种耐磨Ni45-WC纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Ni45和WC的纳米球，再采用活性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe材料制得纳米粉末，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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