CN104388885A - 一种高硬度Ni60A-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Ni60A-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Ni60A占65％、WC占33％、Al2O3占1.03％、微量元素占0.97％；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纳米球，然后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制备Ni60A-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，同时也对提高综合力学性能有显著的作用。

Description

一种高硬度Ni60A-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Ni60A-WC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
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，解决了传统工艺中，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、均匀性差的问题，此外，传统工艺对于较小的制品,普遍存在喷涂效率低,成本高等问题。
然而热喷涂仅是喷涂工艺，能提高工件表面性能的是热喷涂所采用的种类各异的涂层材料，现有技术中的涂层材料大多存在耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，且适用的工件种类比较单一，不利于热喷涂技术系列化推广发展需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高硬度Ni60A-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Ni60A-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占58％-73％、WC占25％-40％、Al2O3占0.8％-1.2％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe；所述Al2O3可提高材料的韧性40％，可使材料的韧性、硬度都有较大的增强。
一种高硬度Ni60A-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纳米球，然后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12CrNi3A热作模具钢基体上制备Ni60A-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Ni60A-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Ni60A-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占58％、WC占40％、Al2O3占1.03％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni60A-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纳米球，然后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12CrNi3A热作模具钢基体上制备Ni60A-WC纳米涂层。
所述Ni60A-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Ni60A-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Ni60A-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占62％、WC占35.9％、Al2O3占1.13％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60A-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Ni60A-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。
实施例三：
一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占68％、WC占30.2％、Al2O3占0.83％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60A-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Ni60A-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。
实施例四：
一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占73％、WC占25％、Al2O3占1.03％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
一种高硬度Ni60A-WC纳米涂层的制备方法，同实施例一。
所述Ni60A-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Ni60A-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。
表1Ni60A-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，Ni60A-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2Ni60A-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)
本发明实验一 71.4326 71.4318 0.8
本发明实验二 65.5627 65.5622 0.5
本发明实验三 66.8426 66.8416 1.0
对照组一 71.9784 71.9671 11.3
对照组二 69.8745 69.8602 14.3
对照组三 74.3658 74.3532 12.6
由表2可见，Ni60A-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Ni60A-WC涂层的17倍，这表明超音速火焰喷涂工艺制备的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。
实验证明，Ni60A-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Ni60A-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。
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Ni60A-WC纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Ni60A占58％-73％、WC占25％-40％、Al2O3占0.8％-1.2％、微量元素占0.97％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。
2.一种高硬度Ni60A-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Ni60A和WC的纳米球，然后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Ni60A-WC纳米涂层。
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