CN108531846A - 一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法 - Google Patents

一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2～5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2～7wt.％、铝1.5～7wt.％、锆2～8wt.％、纳米二氧化钴3.5～9wt.％、纳米二氧化硅3～8wt.％、纳米三氧化二铝1～6wt.％、纳米氮化硅2～11wt.％、余量为铁。与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材在高冲击载荷作用下，能够保持较高的韧性；(2)本发明所述粉芯丝材在磨损场合能够很好的使用，且使用寿命较长。

Description

一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法
技术领域
本发明属于材料加工工程技术领域，涉及一种粉芯丝材，具体为一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法。
背景技术
从提高耐磨能力出发，制备的涂层硬度越高，其耐磨损能力越强。因此，硬质氮化物涂层的发展方向是提高其硬度。主要采用的方法有两种，一种是改变涂层的成分，一种是改变涂层的微观组织结构。就第一种方法而言，实践中不断出现新的涂层体系，比如向TiN中加入合金元素Al形成TiAlN涂层。由于Al固溶到TiN晶格中时，Al的原子大小与Ti的原子大小不同，由此导致晶格畸变，从而产生固溶强化效果，其硬度可以达到20～30GPa，从而提高了耐磨损性能。第二种方法而言，纳米复合结构是提高涂层硬度的主要方法。如TiN/ZrN纳米复合涂层由TiN晶粒与ZrN复合形成，其硬度较TiN涂层有很大提高。这些硬质涂层在耐磨损的场合得到应用。
但是对于承受冲击载荷的金属材料来说，不仅要求硬质涂层的硬度高，同时还要有高的韧性。例如飞机发动机中钛合金叶片主要承受冲蚀作用，而钛合金的硬度较低，因此迫切需要在其表面沉积一层硬质防护涂层。冲蚀粒子从各个不同角度冲击基体材料，既有切削的作用，又有动态冲击的作用，因此不仅要求基体表面防护涂层具有高的硬度以抵抗切削，而且不断的动态冲击载荷的作用要求涂层具有高的韧性。因此，单纯强调硬度的TiN、TiAlN为代表的硬质涂层并不能满足要求。对于刀具、模具涂层来说，冲击载荷作用下，韧性差的涂层会很快失效，存在同样的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，获得一种在冲击载荷作用下，能够保持较高的韧性，且适用于磨损场合的硬质涂层，本发明提供了一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材及其制备方法。
技术方案：一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2～5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2～7wt.％、铝1.5～7wt.％、锆2～8wt.％、纳米二氧化钴3.5～9wt.％、纳米二氧化硅3～8wt.％、纳米三氧化二铝1～6wt.％、纳米氮化硅2～11wt.％、余量为铁。
优选的，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2wt.％、铝1.5wt.％、锆2wt.％、纳米二氧化钴3.5wt.％、纳米二氧化硅3wt.％、纳米三氧化二铝1wt.％、纳米氮化硅2wt.％、余量为铁。
优选的，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为3:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜3wt.％、铝3wt.％、锆4wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅4wt.％、纳米三氧化二铝2wt.％、纳米氮化硅3wt.％、余量为铁。
优选的，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为4:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜5wt.％、铝5wt.％、锆6wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅6wt.％、纳米三氧化二铝4wt.％、纳米氮化硅5wt.％、余量为铁。
优选的，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜7wt.％、铝7wt.％、锆8wt.％、纳米二氧化钴9wt.％、纳米二氧化硅8wt.％、纳米三氧化二铝6wt.％、纳米氮化硅11wt.％、余量为铁。
以上任一所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合2～5小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为31～36V，喷涂电流为120～160A，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压为0.7MPa。
有益效果：(1)本发明所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材在高冲击载荷作用下，能够保持较高的韧性；(2)本发明所述粉芯丝材在磨损场合能够很好的使用，且使用寿命较长。
具体实施方式
实施例1
一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2wt.％、铝1.5wt.％、锆2wt.％、纳米二氧化钴3.5wt.％、纳米二氧化硅3wt.％、纳米三氧化二铝1wt.％、纳米氮化硅2wt.％、余量为铁。
所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合2小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为31V，喷涂电流为120A，喷涂距离为180mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例2
一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为3:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜3wt.％、铝3wt.％、锆4wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅4wt.％、纳米三氧化二铝2wt.％、纳米氮化硅3wt.％、余量为铁。
所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合3小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为33V，喷涂电流为140A，喷涂距离为180mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例3
一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为4:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜5wt.％、铝5wt.％、锆6wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅6wt.％、纳米三氧化二铝4wt.％、纳米氮化硅5wt.％、余量为铁。
所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合4小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为34V，喷涂电流为150A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
实施例4
一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜7wt.％、铝7wt.％、锆8wt.％、纳米二氧化钴9wt.％、纳米二氧化硅8wt.％、纳米三氧化二铝6wt.％、纳米氮化硅11wt.％、余量为铁。
所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合5小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为36V，喷涂电流为160A，喷涂距离为200mm，喷涂气压为0.7MPa。
对实施例1～4制备获得的纳米复合粉芯丝材进行检测，结果如下表所示。

Claims (6)

1.一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，其特征在于，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2～5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2～7wt.％、铝1.5～7wt.％、锆2～8wt.％、纳米二氧化钴3.5～9wt.％、纳米二氧化硅3～8wt.％、纳米三氧化二铝1～6wt.％、纳米氮化硅2～11wt.％、余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，其特征在于，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为2:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜2wt.％、铝1.5wt.％、锆2wt.％、纳米二氧化钴3.5wt.％、纳米二氧化硅3wt.％、纳米三氧化二铝1wt.％、纳米氮化硅2wt.％、余量为铁。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，其特征在于，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为3:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜3wt.％、铝3wt.％、锆4wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅4wt.％、纳米三氧化二铝2wt.％、纳米氮化硅3wt.％、余量为铁。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，其特征在于，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为4:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜5wt.％、铝5wt.％、锆6wt.％、纳米二氧化钴5wt.％、纳米二氧化硅6wt.％、纳米三氧化二铝4wt.％、纳米氮化硅5wt.％、余量为铁。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材，其特征在于，所述丝材纯镍带外皮包裹粉芯制成，其中纯镍带外皮与粉芯的重量比为5:1；所述粉芯由以下合金粉末混合而成，粉芯成分质量百分比含量范围如下：铜7wt.％、铝7wt.％、锆8wt.％、纳米二氧化钴9wt.％、纳米二氧化硅8wt.％、纳米三氧化二铝6wt.％、纳米氮化硅11wt.％、余量为铁。
6.权利要求1～5任一所述用于制备增韧涂层的纳米复合粉芯丝材的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将粉芯的各成分混合，加入混粉机内混合2～5小时；
(2)选用纯镍带，将其扎成U型，然后将步骤(1)获得的粉末加入U型纯镍带槽中；
(3)将U型槽合口，把粉末包覆在其中，经过拉丝模，逐渐拉拔，减径，获得直径为2mm的粉芯丝材；
(4)在经过喷砂粗化后的钢基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电压为31～36V，喷涂电流为120～160A，喷涂距离为180～200mm，喷涂气压为0.7MPa。
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