CN104846317A - 一种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

本发明涉及一种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75-85份、Cr占6-15份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.2-0.8份，所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe，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、Mn、Mo、W、Fe制得纳米粉末。本发明的纳米材料形貌为球形，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，硬度高、耐磨性好、结合强度高、耐高温、耐腐蚀，涂层韧性强、结合度高，涂层厚度可达2毫米，与传统合金材料相比有着较大的进步。

Description

一种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，具体说是一种Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂技术在国家标准GB/T18719—2002《热喷涂术语、分类》中定义：热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。热喷涂技术在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到：防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料，节约能源的目的，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。热喷涂技术是表面过程技术的重要组成部分之一，约占表面工程技术的三分之一。
热喷涂以其优越的特点获得了表面工程技术人员的青睐，其优点可概括为：
1、设备轻便，可现场施工。
2、工艺灵活、操作程序少。可快捷修复，减少加工时间。
3、适应性强，一般不受工件尺寸大小及场地所限。
4、涂层厚度可以控制。
5、除喷焊外，对基材加热温度较低，工件变形小，金相组织及性能变化也较小。
6、适用各种基体材料的零部件、几乎可在所有的固体材料表面上制备各种防护性涂层和功能性涂层。
然而，传统的喷涂技术使用的材料结合强度差、气孔率高、耐磨性差，阻碍了热喷涂技术的发展，难以满足现代化生产的发展需求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种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：
一种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75-85份、Cr占6-15份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.2-0.8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。
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
一种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、Mn、Mo、W、Fe制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明的纳米材料形貌为球形，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，硬度高、耐磨性好、结合强度高、耐高温、耐腐蚀，涂层韧性强、结合度高，涂层厚度可达2毫米，与传统合金材料相比有着较大的进步，可广泛应用于工业生产和航空航天领域。
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：
一种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6份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.2份。
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
一种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、Mn、Mo、W、Fe制得纳米粉末。
实施例二：
一种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85份、Cr占15份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.8份。
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
一种Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例三：
一种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8份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.4份。
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
一种Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
实施例四：
一种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83份、Cr占12份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.5份。
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
一种Ni-Cr-B-Si纳米涂层材料的制备方法，同实施例一。
参见图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1 Ni-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 0.564 70.5 1231
2 0.678 66.4 1187
3 0.492 69.6 1164
4 0.572 68.7 1094
平均值 0.577 68.8 1169
对比组 0.688 64.3 980
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2 Ni-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 63.4532 63.4509 0.0023
2 63.6457 63.6432 0.0025
3 63.7865 63.7843 0.0022
4 63.6579 63.6553 0.0026
对比组 63.6789 63.6756 0.0033
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，实验证明Ni-Cr-B-Si纳米涂层硬度可达HRC55，具有较高的硬度和耐磨性，涂层厚度可达2毫米，涂层韧性、结合度高，提升了Ni-Cr-B-Si纳米涂层的堆积厚度。
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75-85份、Cr占6-15份、B占5份、Si占5份、微量元素占0.2-0.8份；
所述微量元素为C、Mn、Mo、W、Fe。
2.一种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、Mn、Mo、W、Fe制得纳米粉末。
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