CN114686740B - 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法 - Google Patents

一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114686740B
CN114686740B CN202210343893.4A CN202210343893A CN114686740B CN 114686740 B CN114686740 B CN 114686740B CN 202210343893 A CN202210343893 A CN 202210343893A CN 114686740 B CN114686740 B CN 114686740B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
coating
powder
wear
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210343893.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114686740A (zh
Inventor
崔功军
寇子明
高贵军
张鹏
焦少妮
韩文鹏
崔昊天
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202210343893.4A priority Critical patent/CN114686740B/zh
Publication of CN114686740A publication Critical patent/CN114686740A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114686740B publication Critical patent/CN114686740B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法，属于抗磨涂层技术领域，所述高温抗磨钼合金涂层由以下重量份的组分构成：Mo70‑86%、Cr10‑20%、Co4‑10%。本发明目的在于解决高温轴承轴套工作表面因磨损造成的工作寿命不长的问题。采用同步激光熔覆技术制备高温抗磨钼合金涂层。高温抗磨涂层内部结构致密，与基底结合紧密。高温摩擦过程中表面可原位生成钼酸盐等高温固体润滑剂，在600‑1000℃内具备优良的高温抗磨损性能，硬度是ZTM合金的1.5‑2.0倍以上。本发明制备工艺简单，生产效率高，成本低廉，在不改变零部件基体材料性质的条件下，所制备的高温抗磨涂层能有效解决航空、核电等领域高温零部件的磨损问题。

Description

一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于抗磨涂层技术领域，具体涉及一种使用激光熔覆技术制备高温抗磨钼合金涂层及其制备方法。
背景技术
钼和钼合金与镍基等超合金相比具有高硬度、高导电性、低膨胀系数、高温蠕变低等特点，被广泛用作航空及军工领域的高温结构材料，但对其功能性的研究欠缺。目前使用的微合金化的钼基合金中钼含量基本在97%以上，当温度在500℃以上时合金表面出现明显的氧化现象，降低了工件表面强度。当温度达到700℃以上时表面生成易挥发的MoO3，造成合金表面质量损失严重，导致严重磨损，服役寿命降低。为强化运动部件的高温抗磨性能，采用表面工程技术在高温工件表面熔覆一层高具有良好高温抗磨涂层是解决高温运动部件磨损及快速修复的最经济、最有效的方式。因此研究并提高钼合金的高温抗磨损性能，对于实现钼合金的结构功能一体化和升级我国航天器性能具有重大的战略意义。
目前，关于钼合金抗磨方面已有了部分研究，例如中国专利申请号为：CN201210011295.3的“一种高温耐氧化抗磨钼合金及其制备方法”（公开日为：2012.01.13）公开了一种应用粉末冶金法，采用Cr、Ti、Nb和C强化的钼基合金。虽然此合金在500-800℃的抗磨性能比TZM合金提高1.5-2.0倍，但是烧结过程时间长、能耗大、成本高，同时适用温度范围低。中国专利申请号：CN201810073849.X的“一种固体自润滑钼涂层及其制备方法”（公开日为：2018.8.14）公开了一种采用等离子弧喷焊技术，在铁基工件表面熔敷1-5mm的纯钼涂层，从室温到800℃的范围内借助生成的MoO3具有良好的高温抗磨效果。然而，高温下生成的MoO3具有明显的挥发性，会造成涂层表面磨损严重。且以铁为基体涂覆过程中由于粉末和基底间的熔点差距大容易导致涂层明显的稀释性。
鉴于我国航空航天的飞速发展，对更高温度条件下零部件的抗磨损性提出了更高的要求，因此发明一种成本低廉、成分可控、工艺简单、抗磨性能优良的高温抗磨涂层势在必行。
发明内容
本发明的目的在于解决我国航空、核电等领域高温零部件的严重磨损问题；实现航空航天领域中钼合金工件的结构功能一体化设计，降低其经济成本问题，从而提出了一种高温抗磨钼合金涂层。通过固溶强化机理和高温摩擦化学反应，在基体中生成强化固溶体和在磨损表面生成复杂的三元氧化物，增强涂层的机械强度和原位生成高温固体润滑剂（CoMoO4，MoO3、MoO2、NiMoO4、MoCrO3等），提出一种成分简单实用的高温抗磨合金涂层，实现工业化生产及高温零部件的现场快速修复。
本发明采用如下技术方案：
一种高温抗磨钼合金涂层，包括如下重量百分比的组分：Mo70-86%、Cr10-20%、Co4-10%，所述涂层的厚度为1.7-3.2mm。
进一步地，所述Mo、Cr和Co均为球形粉末，球形度均大于90%，钼和铬的粒度为30-40微米，钴的粒度为40-60微米。
一种高温抗磨钼合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
第一步，根据涂层中各组分及相应重量秤取钼粉、铬粉和钴粉，将秤取的金属粉置于Y型混料器中，转速为26rpm，混料时间为5小时，得到混合均匀的金属粉末；
第二步，将混合均匀的金属粉末在100℃条件下置于干燥箱中烘干15分钟；
第三步，将第二步烘干后的混合金属粉末采用同步激光熔覆技术在合金表面熔覆涂层。
进一步地，第三步中所述合金为GH4169合金。
进一步地，第三步中所述合金作为基底，在熔覆前将基底表面打磨，并进行抛丸处理，然后在丙酮溶液中清洗，并在空气中晾干，在氩气保护下预热到200℃。
进一步地，第三步中所述熔覆采用装备有同步送粉器和CO2激光器的激光熔覆设备。
进一步地，第三步中，涂层熔覆时：采用氩气作为保护气和送粉气；氩气保护气的流速为5.0-5.5L/min，氩气送粉气流速为2.5-3.0L/min，送粉率为7-13g/min，激光熔覆功率为1.5-1.7kW，熔覆速率为130-160mm/min，搭接率为45-54%。
最终得到结构致密，厚度为1.7-2.3mm的高温抗磨性能优异的钼合金涂层。
按照上述步骤所得的高温抗磨涂层性能测试：涂层的硬度600-700HV；高温磨损测试，测试温度为600℃、800℃和1000℃，采用球盘式对磨方式，摩擦副为Si3N4陶瓷球，测试直径10mm，转速450rpm，载荷为10N。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）高温抗磨钼合金涂层成分简单，均为金属成分，避免了解决涂层中各相之间的润湿性及分解的难题；避免高温条件下涂层的膨胀系数失配问题；同时简化了送粉程序。
（2）涂层制备工艺简单，涂层与基底之间省去了熔覆过渡层的工艺步骤，极大的降低了生产成本。本发明提出的高温抗磨钼合金涂层的工艺制备方法极易适合工业领域中大规模生产，利于工业化且成本低廉。
（3）本涂层在高温工况下借助于高温反应，在磨损表面易生成具有高温润滑作用的钼的氧化（MoO2、MoO3等）和双金属氧化物（铬酸盐、钼酸盐和钴酸盐）并且形成致密的高温润滑层，高温条件下可长时间保护发动机零部件的烧蚀和高温磨损，明显提高了零部件的寿命。
（4）本发明公开的高温抗磨钼合金涂层硬度是ZTM合金1.5-2倍以上。高温抗磨损性能比现有的镍基合金好，适用温度更高，可达到1000℃。
附图说明
图1为涂层的物相XRD谱图。
图2 为涂层及基底的界面结构的SEM图片。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种高温抗磨钼合金涂层由以下重量份的组分组成：Mo79%、Cr14%、Co7%。
本实施例的高温抗磨钼合金涂层的制备步骤如下：
根据涂层配比中各组分及重量使用天平秤取相应分量的球型钼粉、球型铬粉和球型钴粉，将秤取的金属粉末置于Y型混料器中，设置转速为26rpm，混料时间为5小时，得到混合均匀的粉末。将所得的粉末放在真空干燥箱中干燥，温度设置为100℃，干燥时间为15分钟。GH4169镍合金熔覆表面打磨，并进行抛丸处理，然后熔覆表面在丙酮溶液中清洗，并在空气中晾干。将基底在熔覆前预加热到200℃。
将混合好的Mo-Cr-Co金属粉末置于同步送粉器中，采用CO2激光器的同步激光熔覆设备将混合金属粉熔覆于GH4169镍合金表面。具体熔覆参数如表1所示。
表1激光熔覆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所得涂层厚度为1.9mm，涂层相组成为Mo、Co3Mo、Co2Mo3和CrCoMo相（见图1）。涂层与基底间结合紧密（见图2），涂层表面硬度为624HV，经高温磨损测试（球盘式对磨方式，摩擦副为Si3N4陶瓷球，测试直径10mm，转速450rpm，载荷为10N），温度为600℃、800℃和1000℃时，磨损率分别为5.3×10-5 mm3/N·m、5.75×10-5 mm3/N·m和6.81×10-5 mm3/N·m。
实施例2
本实施例的一种高温抗磨钼合金涂层由以下重量份的组分组成：Mo82%、Cr14%、Co4%。
本实施例的高温抗磨钼合金涂层的制备步骤如下：
根据涂层配比中各组分及重量使用天平秤取相应分量的球型钼粉、球型铬粉和球型钴粉，将秤取的金属粉末置于Y型混料器中，设置转速为26rpm，混料时间为5小时，得到混合均匀的粉末。将所得的粉末放在真空干燥箱中干燥，温度设置为100℃，干燥时间为15分钟。GH4169镍合金熔覆表面打磨，并进行抛丸处理，然后熔覆表面在丙酮溶液中清洗，并在空气中晾干。将基底在熔覆前预加热到200℃。
将混合好的Mo-Cr-Co金属粉末置于同步送粉器中，采用CO2激光器的同步激光熔覆设备将混合金属粉熔覆于GH4169镍合金表面。熔覆参数如表2所示。
表2激光熔覆参数
Figure 298016DEST_PATH_IMAGE002
所得涂层厚度为2.05mm，涂层表面硬度为605HV，经高温磨损测试（球盘式对磨方式，摩擦副为Si3N4陶瓷球，测试直径10mm，转速450rpm，载荷为10N），温度为600℃、800℃和1000℃时，磨损率分别为6.3×10-5 mm3/N·m、6.8×10-5 mm3/N·m和7.21×10-5 mm3/N·m。
实施例3
本实施例的一种高温抗磨钼合金涂层由以下重量份的组分组成：Mo72%、Cr18%、Co10%。
本实施例的高温抗磨钼合金涂层的制备步骤如下：
根据涂层配比中各组分及重量使用天平秤取相应分量的球型钼粉、球型铬粉和球型钴粉，将秤取的金属粉末置于Y型混料器中，设置转速为26rpm，混料时间为5小时，得到混合均匀的粉末。将所得的粉末放在真空干燥箱中干燥，温度设置为100℃，干燥时间为15分钟。GH4169镍合金熔覆表面打磨，并进行抛丸处理，然后熔覆表面在丙酮溶液中清洗，并在空气中晾干。将基底在熔覆前预加热到200℃。
将混合好的Mo-Cr-Co金属粉末置于同步送粉器中，采用CO2激光器的同步激光熔覆设备将混合金属粉熔覆于GH4169镍合金表面。熔覆参数如表3所示。
表3激光熔覆参数
Figure DEST_PATH_IMAGE003
所得涂层厚度为2.3mm，涂层表面硬度为698HV，经高温磨损测试（球盘式对磨方式，摩擦副为Si3N4陶瓷球，测试直径10mm，转速450rpm，载荷为10N），温度为600℃、800℃和1000℃时，磨损率分别为2.32×10-5 mm3/N·m、3.75×10-5 mm3/N·m和3.37×10-5 mm3/N·m。

Claims (5)

1.一种高温抗磨钼合金涂层，其特征在于：包括如下重量百分比的组分：Mo70-86%、Cr10-20%、Co4-10%，所述涂层的厚度为1.7-3.2mm；
所述Mo、Cr和Co的原料均为球形粉末，球形度均大于90%，钼和铬的粒度为30-40微米，钴的粒度为40-60微米。
2.一种如权利要求1所述的高温抗磨钼合金涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，根据涂层中各组分及相应重量秤取钼粉、铬粉和钴粉，将秤取的金属粉置于Y型混料器中，转速为26rpm，混料时间为5小时，得到混合均匀的金属粉末；
第二步，将混合均匀的金属粉末在100℃条件下置于干燥箱中烘干15分钟；
第三步，将第二步烘干后的混合金属粉末采用同步激光熔覆技术在合金表面熔覆涂层。
3.根据权利要求2所述的一种高温抗磨钼合金涂层的制备方法，其特征在于：第三步中所述合金为GH4169合金。
4.根据权利要求2所述的一种高温抗磨钼合金涂层的制备方法，其特征在于：第三步中所述合金作为基底，在熔覆前将基底表面打磨，并进行抛丸处理，然后在丙酮溶液中清洗，并在空气中晾干，在氩气保护下预热到200℃。
5.根据权利要求2所述的一种高温抗磨钼合金涂层的制备方法，其特征在于：第三步中，涂层熔覆时：采用氩气作为保护气和送粉气；氩气保护气的流速为5.0-5.5L/min，氩气送粉气流速为2.5-3.0L/min，送粉率为7-13g/min，激光熔覆功率为1.5-1.7kW，熔覆速率为130-160mm/min，搭接率为45-54%。
CN202210343893.4A 2022-04-02 2022-04-02 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法 Active CN114686740B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210343893.4A CN114686740B (zh) 2022-04-02 2022-04-02 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210343893.4A CN114686740B (zh) 2022-04-02 2022-04-02 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114686740A CN114686740A (zh) 2022-07-01
CN114686740B true CN114686740B (zh) 2022-10-04

Family

ID=82140234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210343893.4A Active CN114686740B (zh) 2022-04-02 2022-04-02 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114686740B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4359442B2 (ja) * 2003-03-31 2009-11-04 株式会社フジミインコーポレーテッド 溶射用粉末及びそれを用いた溶射皮膜の形成方法
RU2418886C2 (ru) * 2005-05-05 2011-05-20 Х.К. Штарк Гмбх Способ нанесения покрытий для изготовления или восстановления мишеней распыления и анодов рентгеновских трубок
JP2006336091A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Fujimi Inc 溶射用粉末、溶射皮膜及び積層体
CN110273149B (zh) * 2019-07-31 2021-06-01 安徽工业大学 一种钼基合金涂层及具有该合金涂层的基体
CN113025951B (zh) * 2021-03-02 2022-06-07 南昌大学 一种含抗氧化复合涂层的钼合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114686740A (zh) 2022-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110158007B (zh) 一种自润滑耐磨复合涂层及其制备方法与应用
CN103572137B (zh) 一种NiCr-Al2O3自润滑复合材料及其制备方法
CN108677129A (zh) 一种FeCoNiCrSiAl高熵合金涂层及其制备方法
CN105112760B (zh) 一种TiAl基高温自润滑合金材料的制备方法及其应用
CN111266576B (zh) 一种tc4基自润滑材料及其制备方法
CN114346238B (zh) 一种超高温自润滑抗磨复合材料及其制备方法和应用
CN106834808A (zh) 一种Ni3Al基自润滑材料及其制备方法
Liu et al. Effect of Cu content on microstructure evolution and tribological behaviors of Ni60 composite coatings on 45# steel by laser cladding
CN111440968B (zh) 一种镍基宽温域高强度自润滑复合材料及其制备方法
CN110229989B (zh) 一种多元硬质合金及其制备方法
CN109207860A (zh) 一种M50-Sn-Ag-Cu微孔流道自润滑复合材料及其制备方法
CN114686740B (zh) 一种高温抗磨钼合金涂层及其制备方法
CN113215515B (zh) 一种镍基高温合金体积损伤多工艺复合再制造方法
CN106086568A (zh) 一种宽真空耐高温自润滑复合材料及其制备方法
CN111748719B (zh) 宽温域自润滑VN-Ag2MoO4复合材料及其制备方法
CN107881500A (zh) 一种高强耐磨抗冲击与高附着力涂层材料及其制备方法
CN105714135A (zh) 一种Ni-Al基低摩擦抗磨损复合材料的制备方法
CN114703441B (zh) 一种高低温固体润滑相自适应再生的摩擦学涂层制备方法
CN114990542B (zh) 高熵合金基梯度复合陶瓷耐磨涂层及其高速激光熔覆原位制备方法
CN114318263B (zh) 一种抗氧化、耐磨减摩的梯度纳米金属涂层及其制备方法
CN114231970A (zh) 一种宽温域自润滑复合涂层及其制备工艺
CN111961944B (zh) 一种宽温域自润滑VN-AgMoS2复合材料及其制备方法
CN113681009A (zh) 一种摩擦氧化调控表面生成自补充润滑相的复合材料及制备方法
CN113699517B (zh) 一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法
CN111755085B (zh) 高温自补偿耐磨材料、设计方法及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant