CN105132854A

CN105132854A - 一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法

Info

Publication number: CN105132854A
Application number: CN201510562119.2A
Authority: CN
Inventors: 顾小龙; 陈卓君; 杨倡进; 刘平; 朱巍巍; 黄志伟
Original assignee: ZHEJIANG PROV METALLURGY INST CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG PROV METALLURGY INST CO Ltd
Priority date: 2015-09-07
Filing date: 2015-09-07
Publication date: 2015-12-09

Abstract

本发明公开了一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：首先对工件表面进行热处理，然后取各种原料粉按比例配置合金粉，最后采用等离子喷涂的方法在工件表面喷涂一层合金层；具体步骤如下：（1）、对金属工件表面先用砂纸打磨，再进行喷砂处理；（2）、取金属镍粉、金属钴粉、硼化钛粉和金属铬粉按比例均匀混合配置合金粉，其中各组分按质量百分比计：金属铬粉0-15%、金属钴粉0-15%、硼化钛粉0-15%，其余为金属镍粉；（3）、将配置搅拌均匀好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层。其优点在于：方法简单，原料易得，综合性能好，应用广泛。

Description

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及防护技术领域，特别涉及一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法。

背景技术

等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，等离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。等离子喷涂具有涂层平整光滑，可精确控制厚度；涂层孔隙率低，结合度高，涂层孔隙率可控制在1%-10%，结合强度可达60-70MPa；涂层氧化物和杂质含量少，与电镀、电刷、渗碳、渗氮相比，等离子喷涂层更厚、更硬、更具防腐效果；喷涂过程对基体的热影响小，基体组织不会发生变化。工件受热温度可控制低于250℃，因此也可在塑料、油漆、玻璃、石棉布等非金属材料上喷涂。等离子喷涂不足是在喷涂层较厚时，可发生开裂。

发明内容

本发明的目的是，提供一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其方法简单，原料易得，综合性能好，应用广泛。

硼化钛（TiB₂）粉末是灰色或灰黑色的，具有六方的晶体结构。它的熔点是2980℃，有很高的硬度。它是一种极具开发前景的陶瓷材料，有较高的强度和耐热冲击性，除此之外还具有良好的导电性和抗氧化能力。因此作为耐磨材料已被广泛用于磨具、磨料、切削刀具和耐磨涂层中；作为硬相正被用于多种硬质合金和复相陶瓷的研究中；作为一种在铝液中溶解度小、导电率高、对铝液润湿性好的材料已成为铝电解槽用阴极的首选材料。试验用的二硼化钛选自山东正大青州化工厂。

金属钴(Co)粉作为耐磨涂层，其高的硬度、良好的耐磨性和良好的韧性，广泛应用于航空航天冶金、电力及其机械领域增强基体金属的耐磨性，或作为磨损部件的修复。喷涂WC-Co涂层具有较高的硬度和耐磨性,广泛地应用于许多领域,如煤气管道监测设备上的滑靴以及飞机的发动机、轴、齿轮等耐磨部件。WC是一种高硬度相,Co是金属粘结剂,把WC颗粒粘结在一起。在WC-Co基合金中，随着WC含量的增加,合金的耐磨性增加。涂层组织和性能的优劣受许多因素的影响，如原始喷涂粉末的制造过程和性能、基体材料的选择及热喷涂工艺过程等。试验用的金属钴粉选自北矿新材料科技有限公司。

金属铬(Cr)粉具有固溶强化作用和钝化作用，能提高耐蚀性能和抗高温氧化性能；富余的铬容易与碳、硼形成碳化铬、硼化铬硬质相从而提高合金硬度和耐磨性。Ni-Cr合金也就是镍基耐热合金，主要在氧化性介质条件下使用。抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀，其耐蚀性随铬含量的增加而增强。这类合金也具有较好的耐氢氧化物（NaOH、KOH）腐蚀和耐应力腐蚀的能力。试验用的金属铬粉选自北矿新材料科技有限公司。

本发明选用Ni60为基础粉，采用等离子喷涂对汽车齿轮轴35CrMo表面进行喷涂。在Ni60粉中添加TiB₂、Co、Cr金属粉，每种金属粉的添加量为0-15%，分成6个实验组，按均匀设计设计试验，每组金属Ni60粉的最小量在67%-88%之间。涂层厚400um等离子喷涂Ni60、TiB₂、Co、Cr在35CrMo试件上。喷焊时若采用中小型喷焊枪时，宜选用-150目的的粉，采用大型喷焊枪时宜-150／＋320目的的粉。试验用的金属镍粉选自浙江亚通焊材有限公司。

采用的技术方案是：

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：首先对工件进行预处理，然后取各种原料粉按比例配置合金粉，最后采用等离子喷涂的方法在工件的表面喷涂一层合金层；具体步骤如下：

一、对工件表面先用砂纸打磨，再进行喷砂处理；

二、取金属镍粉、金属钴粉、硼化钛粉和金属铬粉按比例均匀混合配置合金粉，其中各组分按质量百分比计：金属铬粉0-15%、金属钴粉0-15%、硼化钛粉0-15%，其余为金属镍粉；

三、将配置好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层。

四、等离子喷涂后的工件端面使用砂纸240^#，500^#，600^#，800^#，1000^#，1200^#，1500^#和2000^#进行打磨，抛光，用酒精冲洗，吹干，密封保存。王水腐蚀后，测试涂层显微硬度和扫描电镜；

将试件磨损M-200试验机上进行磨损，测得磨损量；

将试验后试验结果进行人工神经网络优化，经过人工神经网络计算和优化，并进行设计和计算，进行验证试验，验证试验效果很好，HVmax可达3065HV，个别点可达4454HV。

步骤二中配置的合金粉，其金属镍粉的含量按质量百分比计最小量为67%。

对合金粉粒度的要求：金属镍粉150-320目、金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属铬粉150-320目。

步骤三喷涂合金层的厚度为：400um。

金属工件的材质为合金钢（35CrMo）。

步骤一中对工件表面用砂纸打磨的方法为：使用240^#砂纸进行打磨。

步骤一中对工件表面进行喷砂处理。

合金涂层效果：涂层结合较好，附表1为涂层厚度为400um，等离子喷涂配比TiB₂15%、Co6%、Cr12%Ni60含量88%的35CrMo表面元素分析图，更加直观的看出涂层表面所含的元素。试验后显微硬度HVmax最大可达2823.3HV,HVmin为1063.9HV,本研究使用M-200磨损实验机，加载9.8N，磨损时间为20min，主轴转速200rad/min；润滑油为10^#机油，压力为10N,在5次20min的时间里最小的磨损量为0.0024g，最大的磨损量为0.0919g。

附表1Ni60的理化性能

附表.2Cr、TiB_2、Co三种金属喷涂粉的理化性能

粉	熔点（^oc）	HRC	性能	应用
					TiB₂	980	34GPa	较高的强度和耐热冲击性	广泛用于磨具、磨料、切削刀具中
Cr	1000	40	提高耐蚀性能和抗高温氧化性	材料表面，防腐，和氧化
					Co	1493	53	高的硬度、良好的耐磨性和良好的韧性	航空航天冶金、电力及其机械领域增强基体金属的耐磨性，或作为磨损部件的修复

附表3等离子喷涂工艺参数

本发明的优点在于：

本发明所制备的涂层，综合性能极佳，常用于伴有氧化或热腐蚀性的抗磨损场合，与渗碳、渗氮、渗硼、镀铬和某些堆焊合金等表面硬化处理后的硬度相当，其自熔性、润湿性和喷焊性优良，而且熔点比较低，喷焊层具有硬度高、耐蚀、耐磨、耐热特点，难以切削和抗高温氧化的综合性能，已被广泛用于冶金、机械、矿山、石油、化工、轻工、汽车等领域易损部件的修复和保护，能几倍乃至几十倍地提高使用寿命。适用于轴类、阀门、柱塞、密封环、输送辊、泵套、刮板等零件的表面，取得了显著的经济效益和社会效益，能几倍乃至几十倍地提高使用寿命。

附图说明

图1400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的Ni元素分析

图2400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的Cr元素分析

图3400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的Ti元素分析

图4400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的Si元素分析

图5400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的B元素分析

图6400um涂层35CrMo等离子喷涂Ni60中含有TiB₂15%、Co6%、Cr12%的线扫描的Co元素分析。

具体实施方式

实施例1

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，具体步骤如下：

一、对合金钢（35CrMo）工件的表面先使用240^#的砂纸进行打磨，再进行喷砂处理；

二、取金属镍粉、金属钴粉、金属钼粉和金属铬粉按比例配置合金粉，其中各组分按质量百分比计：金属铬15%、金属钴12%、硼化钛6%和金属镍67%；合金粉粒度为：金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属铬粉150-320目。

三、将配置搅拌均匀好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层，等离子喷涂的工艺参数为：工作电压50V，工作电流550A，主气（Ar）48/L·min^-1，次气（H₂）4.5/L·min^-1，送粉率25/g·min^-1，喷涂距离110mm，喷涂速度40/mm·s^-1；合金层厚度400um。

实施例2

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，具体步骤如下：

一、对合金钢（35CrMo）工件表面先用240^#砂纸进行打磨，再进行喷砂处理；

二、取金属镍、金属钴、金属钼和金属铬粉按比例配置并搅拌均匀，其中各组分按质量百分比计：金属铬粉12%、金属钴粉6%、硼化钛粉15%和67%金属镍粉；合金粉粒度为：金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属铬粉150-320目。

三、将配置好并搅拌均匀的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层，等离子喷涂的工艺参数为：工作电压50V，工作电流550A，主气（Ar）48/L·min^-1，次气（H₂）4.5/L·min^-1，送粉率25/g·min^-1，喷涂距离110mm，喷涂速度40/mm·s^-1；合金层厚度400um。

实施例3

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，具体步骤如下：

一、对合金钢（35CrMo）工件表面先使用240^#砂纸进行打磨，再进行喷砂处理，

二、取金属镍、金属钴、硼化钛和金属粉按比例配置合金粉，其中各组分按质量百分比计：金属铬粉12%、金属钴粉6%、硼化钛粉15%和67%金属镍粉；合金粉粒度为：金属镍粉320目、金属钴粉320目和金属铬粉320目；

三、将配置好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层，等离子喷涂的工艺参数为：工作电压50V，工作电流550A，主气（Ar）48/L·min^-1，次气（H₂）4.5/L·min^-1，送粉率25/g·min^-1，喷涂距离110mm，喷涂速度40/mm·s^-1；合金层厚度400um。

实施例4

一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，具体步骤如下：

一、对合金钢（35CrMo）工件表面使用240^#砂纸进行打磨，再进行喷砂处理；

二、取金属铬粉0%、金属钴粉3%、硼化钛粉9%,金属镍粉88%，其粒度为金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属铬粉150-320目。

三、将金属镍和按比例参有金属钴、硼化钛和铬的合金粉混合并搅拌均匀，采用等离子喷涂的方法在热处理过的工件表面喷涂一层合金层，等离子喷涂的工艺参数为：工作电压50V，工作电流550A，主气（Ar）48/L·min^-1，次气（H₂）4.5/L·min^-1，送粉率25/g·min^-1，喷涂距离110mm，喷涂速度40/mm·s^-1；合金层厚度400um。

Claims

1.一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：首先对工件表面进行热处理，然后取各种原料粉按比例配置合金粉，最后采用等离子喷涂的方法在工件表面喷涂一层合金层；具体步骤如下：

（1）、对金属工件表面先用砂纸打磨，再进行喷砂处理；

（2）、取金属镍粉、金属钴粉、硼化钛粉和金属铬粉按比例均匀混合配置合金粉，其中各组分按质量百分比计：金属铬粉0-15%、金属钴粉0-15%、硼化钛粉0-15%，其余为金属镍粉；

（3）、将配置搅拌均匀好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的工件表面喷涂一层合金层。

2.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤二中配置的合金粉，其金属镍粉的含量按质量百分比计最小量为67%。

3.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：对合金粉粒度的要求：金属镍粉150-320目、金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属铬粉150-320目。

4.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤三喷涂合金层的厚度约为：400um。

5.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：工件的材质为合金钢（35CrMo）。

6.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤一中对工件表面用砂纸打磨的方法为：200^#砂纸进行打磨。

7.根据权利要求1所述的一种含有硼化钛的镍合金涂层的制备方法，其特征在于：步骤一中对工件表面进行喷砂处理。