CN108950455A - 一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢加工产业技术领域，公开了一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，将制备得到的工作层粉料对钢板表面进行等离子束熔覆，工作层熔覆前使用NiAl和TiC组成的金属键化合物进行打底，一方面能够增强工作层与钢板之间的结合强度，另一方面能够提高涂层的硬度，最终采用等离子涂覆法制备得到耐磨性以及自润滑性能优异的涂层，本发明有效解决了奥氏体不锈钢耐磨性以及自润滑性能不足的问题，提高了奥氏体不锈钢在高精端领域的应用性能，能够实现提高奥氏体不锈钢应用领域以及使用性能的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢加工产业技术领域，具体涉及一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法。
背景技术
不锈钢是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸钢。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。
奥氏体不锈钢因其具有优良的耐腐蚀性、无磁性、无相变等性能，可以满足各行各业对于高低温、辐射、腐蚀等环境的要求。然而奥氏体不锈钢的硬度较低，导致其耐磨性能非常一般，同时其自润滑性能较差进一步制约了其在航空航天、医疗精密仪器等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，制备的奥氏体不锈钢耐摩擦强度得到极大提高，可适用于高温、高压和高转速高负荷的机械工作状态，能够延长设备的使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，包括以下步骤：
（1）制备工作层粉料：按照重量份计称取以下原料：碳化硼15-17份、二硫化钼11-12份、氧化锆7.4-7.6份、氮化硅5.2-5.4份、碳化硅4.3-4.5份、六方氮化硼3.0-3.4份、石墨烯1.8-2.0份、纳米氧化铝0.4-0.5份，将所述粉状原料倒入球墨罐中，球料比为3.0-3.2:1，通入氩气作为保护气，将球墨罐放入球磨机中球磨3-4小时，转速设置为300-350转/分钟，球磨得到的物料置于加热炉中，在220-240℃下干燥40-50分钟即可；
（2）使用去离子水将奥氏体不锈钢钢板表面冲洗干净后，依次用400目、1000目砂纸对表面进行打磨，除去表面氧化层和杂质，然后使用无水乙醇冲洗，使用50-60℃热风吹干，使用等离子喷枪将钢板表面预热至170-180℃，打开等离子炬保护气体和电源起弧，对钢板表面进行等离子束熔覆，首先向基体表面喷涂熔覆打底层，所述打底层由NiAl和TiC粉末按照质量比为3.4-3.6:1.1-1.2的比例混合得到的；
（3）打底层喷涂熔覆完成后，继续喷涂熔覆工作层，喷涂采用枪外送粉的方式，喷涂距离为9.5-10.0厘米，送粉速度为23-24克/分钟，反复喷涂4-5次，将喷涂好的钢板迅速降温，降温速度为15-18℃/分钟，降温至40-50℃后自然冷却，将覆有涂层的奥氏体不锈钢钢板置于超声波清洗器中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水各清洗2-3遍，置于80-90℃真空干燥箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述纳米氧化铝粒径大小在1-10纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氩气通入量以球墨罐中气体压力为0.2-0.3MPa为准。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述打底层中NiAl和TiC粉末粒径大小在350-400目之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述奥氏体不锈钢中镍含量所占百分比在11.4-11.8%之间，铬含量所占百分比在17.2-17.5%之间，钼含量所占百分比在2.6-2.7%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述打底层涂层厚度为10-15微米，工作层涂层厚度为0.20-0.24毫米。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有奥氏体不锈钢在耐磨性以及自润滑性上不足的问题，本发明提供了一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，将制备得到的工作层粉料对钢板表面进行等离子束熔覆，工作层熔覆前使用NiAl和TiC组成的金属键化合物进行打底，一方面能够增强工作层与钢板之间的结合强度，另一方面能够提高涂层的硬度，最终采用等离子涂覆法制备得到耐磨性以及自润滑性能优异的涂层，通过微观结构以及摩擦磨损性的观察测试，结果均表明本发明制备的奥氏体不锈钢耐摩擦强度得到极大提高，可适用于高温、高压和高转速高负荷的机械工作状态，能够延长设备的使用寿命，本发明有效解决了奥氏体不锈钢耐磨性以及自润滑性能不足的问题，提高了奥氏体不锈钢在高精端领域的应用性能，能够实现提高奥氏体不锈钢应用领域以及使用性能的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，包括以下步骤：
（1）制备工作层粉料：按照重量份计称取以下原料：碳化硼15份、二硫化钼11份、氧化锆7.4份、氮化硅5.2份、碳化硅4.3份、六方氮化硼3.0份、石墨烯1.8份、纳米氧化铝0.4份，将所述粉状原料倒入球墨罐中，球料比为3.0:1，通入氩气作为保护气，将球墨罐放入球磨机中球磨3小时，转速设置为300转/分钟，球磨得到的物料置于加热炉中，在220℃下干燥40分钟即可；
（2）使用去离子水将奥氏体不锈钢钢板表面冲洗干净后，依次用400目、1000目砂纸对表面进行打磨，除去表面氧化层和杂质，然后使用无水乙醇冲洗，使用50℃热风吹干，使用等离子喷枪将钢板表面预热至170℃，打开等离子炬保护气体和电源起弧，对钢板表面进行等离子束熔覆，首先向基体表面喷涂熔覆打底层，所述打底层由NiAl和TiC粉末按照质量比为3.4:1.1的比例混合得到的；
（3）打底层喷涂熔覆完成后，继续喷涂熔覆工作层，喷涂采用枪外送粉的方式，喷涂距离为9.5厘米，送粉速度为23克/分钟，反复喷涂4次，将喷涂好的钢板迅速降温，降温速度为15℃/分钟，降温至40℃后自然冷却，将覆有涂层的奥氏体不锈钢钢板置于超声波清洗器中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水各清洗2遍，置于80℃真空干燥箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述纳米氧化铝粒径大小在1-10纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氩气通入量以球墨罐中气体压力为0.2MPa为准。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述打底层中NiAl和TiC粉末粒径大小在350-400目之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述奥氏体不锈钢中镍含量所占百分比在11.4-11.8%之间，铬含量所占百分比在17.2-17.5%之间，钼含量所占百分比在2.6-2.7%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述打底层涂层厚度为10微米，工作层涂层厚度为0.20毫米。
实施例2
一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，包括以下步骤：
（1）制备工作层粉料：按照重量份计称取以下原料：碳化硼16份、二硫化钼11.5份、氧化锆7.5份、氮化硅5.3份、碳化硅4.4份、六方氮化硼3.2份、石墨烯1.9份、纳米氧化铝0.45份，将所述粉状原料倒入球墨罐中，球料比为3.1:1，通入氩气作为保护气，将球墨罐放入球磨机中球磨3.5小时，转速设置为330转/分钟，球磨得到的物料置于加热炉中，在230℃下干燥45分钟即可；
（2）使用去离子水将奥氏体不锈钢钢板表面冲洗干净后，依次用400目、1000目砂纸对表面进行打磨，除去表面氧化层和杂质，然后使用无水乙醇冲洗，使用55℃热风吹干，使用等离子喷枪将钢板表面预热至175℃，打开等离子炬保护气体和电源起弧，对钢板表面进行等离子束熔覆，首先向基体表面喷涂熔覆打底层，所述打底层由NiAl和TiC粉末按照质量比为3.5:1.15的比例混合得到的；
（3）打底层喷涂熔覆完成后，继续喷涂熔覆工作层，喷涂采用枪外送粉的方式，喷涂距离为9.8厘米，送粉速度为23.5克/分钟，反复喷涂4次，将喷涂好的钢板迅速降温，降温速度为16℃/分钟，降温至45℃后自然冷却，将覆有涂层的奥氏体不锈钢钢板置于超声波清洗器中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水各清洗2遍，置于85℃真空干燥箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述纳米氧化铝粒径大小在1-10纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氩气通入量以球墨罐中气体压力为0.25MPa为准。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述打底层中NiAl和TiC粉末粒径大小在350-400目之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述奥氏体不锈钢中镍含量所占百分比在11.4-11.8%之间，铬含量所占百分比在17.2-17.5%之间，钼含量所占百分比在2.6-2.7%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述打底层涂层厚度为10-15微米，工作层涂层厚度为0.22毫米。
实施例3
一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，包括以下步骤：
（1）制备工作层粉料：按照重量份计称取以下原料：碳化硼17份、二硫化钼12份、氧化锆7.6份、氮化硅5.4份、碳化硅4.5份、六方氮化硼3.4份、石墨烯2.0份、纳米氧化铝0.5份，将所述粉状原料倒入球墨罐中，球料比为3.2:1，通入氩气作为保护气，将球墨罐放入球磨机中球磨4小时，转速设置为350转/分钟，球磨得到的物料置于加热炉中，在240℃下干燥50分钟即可；
（2）使用去离子水将奥氏体不锈钢钢板表面冲洗干净后，依次用400目、1000目砂纸对表面进行打磨，除去表面氧化层和杂质，然后使用无水乙醇冲洗，使用60℃热风吹干，使用等离子喷枪将钢板表面预热至180℃，打开等离子炬保护气体和电源起弧，对钢板表面进行等离子束熔覆，首先向基体表面喷涂熔覆打底层，所述打底层由NiAl和TiC粉末按照质量比为3.6:1.2的比例混合得到的；
（3）打底层喷涂熔覆完成后，继续喷涂熔覆工作层，喷涂采用枪外送粉的方式，喷涂距离为10.0厘米，送粉速度为24克/分钟，反复喷涂5次，将喷涂好的钢板迅速降温，降温速度为18℃/分钟，降温至50℃后自然冷却，将覆有涂层的奥氏体不锈钢钢板置于超声波清洗器中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水各清洗3遍，置于90℃真空干燥箱中烘干即可。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述纳米氧化铝粒径大小在1-10纳米之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述氩气通入量以球墨罐中气体压力为0.3MPa为准。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述打底层中NiAl和TiC粉末粒径大小在350-400目之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述奥氏体不锈钢中镍含量所占百分比在11.4-11.8%之间，铬含量所占百分比在17.2-17.5%之间，钼含量所占百分比在2.6-2.7%之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述打底层涂层厚度为15微米，工作层涂层厚度为0.24毫米。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，步骤（1）工作层粉料制备中省略二硫化钼和氧化锆的添加，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，步骤（1）工作层粉料制备中省略六方氮化硼和纳米氧化铝的添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，步骤（2）中所述打底层由NiAl单独组成，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，步骤（3）中喷涂距离为8.0厘米，送粉速度为26克/分钟，反复喷涂3次，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-4的方法提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性，以等离子喷涂熔覆法直接在奥氏体不锈钢钢板表面喷涂碳化硼涂层的方法作为对照组，分别使用按照各组方法加工制备得到具有涂层的奥氏体不锈钢钢板，试验中将每组试样加工成长宽为10厘米·10厘米的小试，试验中保持无关变量一致，对奥氏体不锈钢钢板表面性能进行耐磨性、自润滑性以及强度性能测试，进行结果统计分析，结果如下表所示：
（耐磨性测试中，对摩试样为淬火45钢，磨损转速为400转/分钟，加载重量为2000牛顿，时长为5分钟，测试前后都用超声波清洗，采用电子天平称重 ）
本发明有效解决了奥氏体不锈钢耐磨性以及自润滑性能不足的问题，提高了奥氏体不锈钢在高精端领域的应用性能，能够实现提高奥氏体不锈钢应用领域以及使用性能的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (6)
1.一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备工作层粉料：按照重量份计称取以下原料：碳化硼15-17份、二硫化钼11-12份、氧化锆7.4-7.6份、氮化硅5.2-5.4份、碳化硅4.3-4.5份、六方氮化硼3.0-3.4份、石墨烯1.8-2.0份、纳米氧化铝0.4-0.5份，将所述粉状原料倒入球墨罐中，球料比为3.0-3.2:1，通入氩气作为保护气，将球墨罐放入球磨机中球磨3-4小时，转速设置为300-350转/分钟，球磨得到的物料置于加热炉中，在220-240℃下干燥40-50分钟即可；
（2）使用去离子水将奥氏体不锈钢钢板表面冲洗干净后，依次用400目、1000目砂纸对表面进行打磨，除去表面氧化层和杂质，然后使用无水乙醇冲洗，使用50-60℃热风吹干，使用等离子喷枪将钢板表面预热至170-180℃，打开等离子炬保护气体和电源起弧，对钢板表面进行等离子束熔覆，首先向基体表面喷涂熔覆打底层，所述打底层由NiAl和TiC粉末按照质量比为3.4-3.6:1.1-1.2的比例混合得到的；
（3）打底层喷涂熔覆完成后，继续喷涂熔覆工作层，喷涂采用枪外送粉的方式，喷涂距离为9.5-10.0厘米，送粉速度为23-24克/分钟，反复喷涂4-5次，将喷涂好的钢板迅速降温，降温速度为15-18℃/分钟，降温至40-50℃后自然冷却，将覆有涂层的奥氏体不锈钢钢板置于超声波清洗器中，依次使用丙酮、乙醇和去离子水各清洗2-3遍，置于80-90℃真空干燥箱中烘干即可。
2.如权利要求1所述一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，步骤（1）所述纳米氧化铝粒径大小在1-10纳米之间。
3.如权利要求1所述一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，步骤（1）所述氩气通入量以球墨罐中气体压力为0.2-0.3MPa为准。
4.如权利要求1所述一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，步骤（2）所述打底层中NiAl和TiC粉末粒径大小在350-400目之间。
5.如权利要求1所述一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，所述奥氏体不锈钢中镍含量所占百分比在11.4-11.8%之间，铬含量所占百分比在17.2-17.5%之间，钼含量所占百分比在2.6-2.7%之间。
6.如权利要求1所述一种提高奥氏体不锈钢耐磨性和自润滑性的方法，其特征在于，所述打底层涂层厚度为10-15微米，工作层涂层厚度为0.20-0.24毫米。
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