CN105369185B - 一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法 - Google Patents
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- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
本发明公开了一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法，首先对金属工件进行热处理，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。其优点在于：方法简单，原料易得，综合性能好，应用广泛。
Description
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200um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200um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200um等离子喷涂Ni60、TiB2、Co、Cr在35Cr Mo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200um涂层的制备方法，其特征在于：首先对工件进行热处理，然后取各种原料粉按比例配置合金粉并搅拌均匀，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：
一、对金属工件的外表面先用砂纸打磨，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12-15％、金属钴粉6-12％、硼化钛粉6-15％，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200um厚的合金层。
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。
金属工件的材质为轴类钢(35CrMo)。
步骤一中对金属工件表面用砂纸打磨的方法为：使用240#砂纸进行打磨。
合金涂层效果：涂层结合较好，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磨损试验机，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.2Mo、Cr、TiB2、Co三种金属喷涂粉的理化性能
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1为涂层厚度200um等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的Ni元素扫描电镜分析图。
图2为涂层厚度200um等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的Cr元素扫描电镜分析图。
图3为涂层厚度200um，等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的Ti元素扫描电镜分析图。
图4为涂层厚度200um，等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的Si元素扫描电镜分析图。
图5为涂层厚度200um，等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的B元素扫描电镜分析图。
图6为涂层厚度200um，等离子喷涂配比TiB215％、Co6％、Cr12％、Ni60 88％的35CrMo线扫描的Co元素扫描电镜分析图。
具体实施方式
实施例1
一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法，具体步骤如下：
一、对轴类钢(35CrMo)工件表面先后使用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15％、金属钴粉12％、硼化钛粉6％和金属镍粉67％；合金粉粒度为：金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目、金属铬粉150-320目和金属镍粉150-320目。
三、将配置好的合金粉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200um。
实施例2
一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法，具体步骤如下：
一、对轴类钢(35CrMo)工件表面先后使用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：金属铬粉12％、金属钴粉6％、硼化钛粉15％其余为金属镍粉；合金粉粒度为：金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目、金属铬粉150-320目和金属镍粉150-320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200um。
实施例3
一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法，具体步骤如下：
一、对轴类钢(35CrMo)工件表面先后使用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：金属铬粉12％、金属钴粉6％、硼化钛粉15％其余为金属镍粉；合金粉粒度为：金属镍粉320目、金属钴粉320目、金属铬粉320目和金属镍粉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200um。
实施例4
一种含有硼化钛的镍合金200um涂层的制备方法，具体步骤如下：
一、对轴类钢(35CrMo)工件表面先后使用240#的砂纸进行打磨，再进行喷砂处理；
二、取金属钴粉3％、硼化钛粉9％和金属镍粉88％，其粒度为金属钴粉150-320目、硼化钛粉150-320目和金属镍粉150-320目。
三、将金属镍粉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200um。
Claims (1)
1.一种含有硼化钛的镍合金 200um 涂层的制备方法，首先对金属工件进行热处理，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，其特征在于具体步骤如下：
1）对金属工件表面先用砂纸打磨，再进行喷砂处理；
2) 配置合金粉是，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，其中各组分按质量百分比计为：金属铬粉 12-15%、金属钴粉 6-12%、硼化钛粉 6-15%，其余为金属镍粉；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;
3) 将配置好的合金粉采用等离子喷涂的方法在处理过的金属工件表面喷涂一层200um 厚的合金层，即得；
所述的金属工件的材质为35CrMo轴类钢。
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