CN104846311A - 高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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程敬卿
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Abstract

本发明涉及高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Ni占57-78份、Cr占13-20份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.21-0.98份，所述微量元素为C、Mo、Fe、Go，其制备方法为：采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、Fe、Go制得纳米粉末。本发明形貌有片状或条状，但分布均匀、颗粒完整具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明涂层的硬度达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能。

Description

高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂，是将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射在零件表面上，形成喷涂层的高硬度金属表面加工方法。我们把特殊的工作表面叫“涂层”，把制造涂层的工作方法叫“热喷涂”，它是采用各种热源进行喷涂和喷焊的总称。
在高速气流的作用下，熔融状态的喷涂材料雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。因此，热喷涂材料在近数十几年间发展迅速。
然而，随着工件应用领域的多样化，应用环境愈加苛刻，传统的喷涂技术使用的材料难以满足人们在特殊工作环境下的使用要求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占57-78份、Cr占13-20份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.21-0.98份。
将Ni混入纳米涂层中可以提高机械强度。Ni与Fe的合金用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。
Cr涂在工件表面，可以提高工件的耐腐性。
B是微量合金元素，B与铝合金结合，是有效的中子屏蔽材料。
WC为黑色六方晶系结晶，呈灰色，为带有金属光泽的粉末。WC质硬、弹性率也大，可提高纳米涂层硬度。
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、Fe、Go制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明形貌有片状或条状，但分布均匀、颗粒完整具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明涂层的硬度达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，本发明的涂层结合强度、抓附力较高，密度可达8.33g/cm3,喷涂厚度可达4毫米，致密度良好为0.82。适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。
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
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占57份、Cr占13份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.21份。
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、Fe、Go制得纳米粉末。
实施例二
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占62份、Cr占18份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.34份。
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例三
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占75份、Cr占17份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.60份。
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例四
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占78份、Cr占20份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.98份。
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
参照图1，采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得Ni-Cr-B-Si纳米涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1Ni-Cr-B-Si纳米涂层与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
实验组编号 孔隙率(AREA％) 结合强度(MPa) 显微硬度(HV)
1 0.547 77.2 754
2 0.452 71.4 983
3 0.619 69.9 728
4 0.647 68.7 786
平均值 0.566 71.8 813
对比组 0.674 66.8 773
采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得Ni-Cr-B-Si涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：
表2Ni-Cr-B-Si纳米涂层与20Cr钢基体的磨损量对比实验结果：
实验组编号 磨损前(g) 磨损后(g) 磨损量(g)
1 61.6549 61.6501 0.0048
2 61.3674 61.3614 0.0060
3 61.9728 61.9685 0.0043
4 61.6793 61.6743 0.0050
对比组 61.6287 61.6219 0.0068
由表1和表2可见，Ni-Cr-B-Si纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好。
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.高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Ni占57-78份、Cr占13-20份、B占11份、Si占11份、WC占1份、微量元素占0.21-0.98份；
所述微量元素为C、Mo、Fe、Go。
2.高硬度Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)先采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合C、Mo、Fe、Go制得纳米粉末。
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