CN104451510A - 一种Ni-SiC纳米涂层及其制备方法 - Google Patents

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程敬卿
薛卫昌
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Abstract

本发明涉及一种Ni-SiC纳米涂层及其制备方法，包括以下组分：混合材料和微量元素，微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；混合材料包括以下组分：Ni60A占12％～37％，SiC占52％～81％，CaF2占1％～10％。制备方法的步骤为：先对混合材料采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过激光熔覆喷涂在机件上形成涂层。本发明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8.5％～14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能。

Description

一种Ni-SiC纳米涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种热喷涂涂层，具体是一种Ni-SiC纳米涂层及其制备方法。
背景技术
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，涂层存在结合力较低、孔隙率较高、均匀性较差等问题。此外,对于较小的制品,喷涂效率低,也很不经济，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。激光熔覆技术是高能量密度表面处理技术的一种,具有许多其它表面处理方法无法比拟的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种Ni-SiC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Ni-SiC纳米涂层，包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；所述混合材料包括以下组分：Ni60A占12％～37％，SiC占52％～81％，CaF2占1％～10％。镍基白熔性合金粉末具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等综合性能。
所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过激光熔覆喷涂在机件上形成涂层。
本发明的有益效果是：本发明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8.5％～14.4％，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、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种Ni-SiC纳米涂层，包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；所述混合材料包括以下组分：Ni60A占12％，SiC占81％，CaF2占7％。镍基白熔性合金粉末具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等综合性能。
所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法，所述步骤为：先对混合材料采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过激光熔覆喷涂在机件上形成涂层。
实施例二：
一种Ni-SiC纳米涂层，包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；所述混合材料包括以下组分：Ni60A占37％，SiC占53％，CaF2占10％。镍基白熔性合金粉末具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等综合性能。
所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例三：
一种Ni-SiC纳米涂层，包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；所述混合材料包括以下组分：Ni60A占29％，SiC占70％，CaF2占1％。镍基白熔性合金粉末具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等综合性能。
所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例四：
一种Ni-SiC纳米涂层，包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；所述混合材料包括以下组分：Ni60A占22％，SiC占75％，CaF2占3％。镍基白熔性合金粉末具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐磨损等综合性能。所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法与实施例一相同。
为了论证本发明的实际效果，特采用激光熔覆喷涂工艺将实施例一至实施例四在4Cr13模具钢基体上制备了Ni-SiC涂层。通过扫描电镜及附带的能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度测试系统和多功能表面综合性能测试仪对熔覆层的显微组织结构、裂纹情况、显微硬度和摩擦磨损性能进行了系统分析。
研究结果及主要结论如下所示，其中对比组为4Cr13基体：
编号 孔隙率(AREA％) 结合强度(MPa) 显微硬度(HV)
实施例一 0.568 69.2 1126
实施例二 0.712 68.2 1036
实施例三 0.612 71.3 1169
实施例四 0.531 66.5 1157
平均值 0.605 68.8 1122
对比组 0.814 46 498
另外，对实施例一至实施例四中的涂层摩擦磨损性能进行测试，实验数据的平均值统计如下：
同时对照样的涂层摩擦磨损性能进行测试，实验数据统计如下：
由上述实验可知，4Cr13基体的磨损量为Ni-SiC涂层的12倍，可见Ni-SiC涂层具备良好的耐磨性。经过不同比例的配比可以使Ni-SiC涂层的硬度达到HRC73，涂层厚度达1毫米。经过多次试验得出Ni-SiC涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度在7.36g/cm3。本涂层材料适合多种钢材比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。
本发明涉及的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。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SiC的镍基超合金具有熔点高、密度低和热胀系数小等特性，用于制造航空和航天的各种高温部件。这些材料具有耐磨、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。超声振动可提高Ni60A和SiC熔覆层的耐磨性，摩擦系数稳定性变好，磨损机理前者主要为疲劳磨损，后者主要为疲劳磨损和磨粒磨损，经超声振动的Ni-SiC涂层耐磨性最好，摩擦系数最小。
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，本发明不受步骤实施例的限制，步骤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 (3)

1.一种Ni-SiC纳米涂层，其特征在于：包括以下组分：混合材料和微量元素，所述微量元素和混合材料的重量比例为1.25％:1；
所述混合材料包括以下组分：Ni60A占12％～37％，SiC占52％～81％，CaF2占1％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种Ni-SiC纳米涂层，其特征在于：所述微量元素材料包括Go、Fe、W、Ni、Mn。
3.一种Ni-SiC纳米涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先对混合材料采用干式粉碎法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过激光熔覆喷涂在机件上形成涂层。
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