專利名稱：一種高速電弧噴涂鎳基非晶納米晶減摩涂層的粉芯絲材的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于高速電弧噴涂制備Ni基非晶納米晶復合減摩涂層的粉芯絲材，主要用于工作溫度在750°C以內的抗氧化、耐腐蝕、耐磨減摩防護涂層制備，屬于材料加工工程學科的熱噴涂技術領域。
背景技術：
電弧噴涂技術具有噴涂材料廣泛、效率高的特點，廣泛應用于大面積防腐蝕、耐磨損等領域。高速電弧噴涂與傳統電弧噴涂相比，通過大幅提高霧化氣流的速度，使噴涂粒子的霧化質量、飛行速度得到提升，涂層更加致密，與基體結合強度更高。高速電弧噴涂電弧溫度高達4000°C以上，而熔融粒子碰撞基體的瞬時冷卻速度只有10_7 10_5s，具備了形成非晶涂層的前提條件，通過合理設計噴涂絲材，可獲得非晶涂層。涂層非晶化可顯著提高其耐腐蝕性能，部分非晶納米化又可改善涂層的力學性能，提高涂層的韌性和強度。
通過高速電弧噴涂制備非晶納米晶涂層，可用于裝備零部件抗氧化、耐腐蝕、耐磨減摩防護涂層的制備，應用前景廣闊。

發明內容
針對傳統的高速電弧噴涂耐磨涂層抗氧化、防腐蝕性能差的問題，本發明提供了一種用于高速電弧噴涂制備Ni基非晶納米晶復合涂層的粉芯絲材，其特征在于，粉芯絲材采用純Ni外皮包裹粉芯，其中的粉芯占絲材的質量百分比為27-40%，粉芯的各組分及其質量百分比含量范圍如下金屬Cr :3-5% ;B-Cr合金10-12% ;Si_Fe合金2_5 % ；Mo 10-15% ；BaF2. CaF2 共晶粉末0_10%。金屬Cr的加入，提高了涂層的抗高溫氧化性能與防腐蝕性能；B_Cr合金彌散在涂層當中，可提高涂層的微觀力學性能;Mo的加入一方面可提高涂層的內聚強度，增強涂層的非晶化趨勢；另一方面，Mo在常溫下具有一定的潤滑效果，在溫度超過350°C時，可氧化生成MoO3，減摩效果顯著；將BaF2與CaF2粉末按62% 38%的質量比混合，在1000°C下燒結2h，經破碎篩分制成BaF2. CaF2共晶粉末，該成分在450°C以上時可發生硬質相向軟質相的轉變，起到一定的減摩效果。通過合理設計絲材成分，制備的Ni基非晶納米晶復合涂層的粉芯絲材，在750°C以內具有較好的抗氧化、防腐蝕、耐磨減摩性能。本發明的制備方法采用現有技術，步驟如下I.將寬10mm、厚0.3mm的Ni帶扎成U形，再向U形槽中填充27-40%質量比的上述混合粉末；2.將U形槽合口，把粉末包覆其中，經拉絲模拉拔、減徑，制成0 2.0的粉芯絲材，得到本發明的產品。本發明有益的效果合理設計粉芯絲材各組分的質量百分比，采用高速電弧噴涂技術可在20G低碳鋼基體上制備出低孔隙率、高結合強度、抗高溫氧化、耐磨減摩的鎳基非晶納米晶復合減摩涂層，涂層厚度0. 5-lmm，非晶相含量20-50%，硬度HV600以上。


附圖I為實施例I的涂層截面SEM圖。附圖2為實施例I的涂層X射線衍射圖譜。
具體實施例方式本發明通過如下措施來實現實施例I : 選用寬10mm、厚0. 3mm的Ni帶，先將其扎成U形。取-80 +100目的混合粉末的成分Cr 3%, B-Cr 12%, Mo 15%, Si-Fe合金5. 0% ;按質量百分比稱重后用混粉機機械混合0. 5h,按35 %的填充率加入U形槽中，然后將U形槽合口，再經拉絲模拉拔、減徑制成02.0的粉芯絲材。采用高速電弧噴涂在20G低碳鋼基體上制備厚度0.8mm厚的涂層，截面SEM形貌如圖I所示。噴涂參數為電壓34V、電流160A、距離160mm、霧化氣流壓力
0.7MPa，獲得涂層結合強度> 45MPa，涂層孔隙率< I. 0 %，涂層顯微硬度> HV750，非晶相含量約50% (涂層XRD分析結果如圖2所示)，利用Scherrer公式(其中常數取0. 89，入取0. 15406nm)計算出涂層的平均晶粒尺寸小于35nm。涂層在常溫下摩擦系數(氧化鋁球為摩擦副)降低20%，耐磨損性能是20G鋼的15倍。實施例2:選用寬10mm、厚0. 3mm的Ni帶，先將其扎成U形。取-80 +100目的混合粉末的成分Cr 5%, B-Cr :10%、Mo :10%、Si-Fe合金2. 0% ;按質量百分比稱重后用混粉機機械混合0. 5h，按27 %的填充率加入U形槽中，然后將U形槽合口，再經拉絲模拉拔、減徑制成0 2. 0的粉芯絲材。采用高速電弧噴涂在20G低碳鋼基體上制備厚度Imm的涂層，噴涂參數為電壓34V、電流160A、距離160mm、霧化氣流壓力0. 7MPa，獲得涂層結合強度> 40MPa，涂層孔隙率< I. 0%，涂層顯微硬度> HV700，非晶相含量約20%。涂層在750°C時的抗氧化性能是20G鋼的15倍，抗高溫腐蝕性能是20G鋼的12倍，涂層摩擦系數(氧化鋁球為摩擦副)降低30%，耐磨損性能比20G提高10倍。實施例3:選用寬10mm、厚0. 3mm的Ni帶，先將其扎成U形。取-80 +100目的混合粉末的成分金屬 Cr 5% ；B-Cr 合金10% ;Si_Fe 合金5% ；Mo 10% ；BaF2. CaF2 共晶粉末10%o按質量百分比稱重后用混粉機機械混合lh，按40%的填充率加入U形槽中，然后將U形槽合口，再經拉絲模拉拔、減徑制成02. 0的粉芯絲材。采用高速電弧噴涂在20G低碳鋼基體上制備厚度0.5mm厚的涂層。噴涂參數為電壓36V、電流180A、距離180mm、霧化氣流壓力
0.7MPa，獲得涂層結合強度> 40MPa、涂層孔隙率< 2. 0%、涂層顯微硬度> HV600、非晶相含量30%。涂層在750°C時的抗氧化性能是20G鋼的10倍，抗高溫腐蝕性能是20G鋼的8倍，涂層摩擦系數(氧化鋁球為摩擦副)降低50%，耐磨損性能比20G鋼提高12倍。
權利要求
1. 一種高速電弧噴涂鎳基非晶納米晶減摩涂層的粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材采用純Ni外皮包裹粉芯；所述的粉芯占絲材的質量百分比為27-40% ;所述粉芯的各組分及其質量百分比含量范圍如下 金屬Cr 3-5% ;B-Cr合金10-12% ;Si_Fe合金2-5% ；Mo :10-15% ；BaF2. CaF2 共晶粉末0_10%。
全文摘要
一種高速電弧噴涂鎳基非晶納米晶減摩涂層的粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材采用純Ni外皮包裹粉芯；所述的粉芯占絲材的質量百分比為27-40％；所述粉芯的各組分及其質量百分比含量范圍如下金屬Cr3-5％；B-Cr合金10-12％；Si-Fe合金2-5％；Mo10-15％；BaF2.CaF2共晶粉末0-10％。針對傳統的高速電弧噴涂耐磨涂層抗氧化、防腐蝕性能差的問題，本發明粉芯絲材成分設計合理，采用高速電弧噴涂在20G低碳鋼基體上制備出0.5-1mm厚的低孔隙率、高結合強度的鎳基非晶納米晶復合減摩涂層，涂層硬度大于HV600，非晶相含量20-50％，涂層抗氧化、耐磨減摩效果顯著，可用于工作環境溫度在750℃以內的抗氧化、耐腐蝕、耐磨減摩涂層的制備。
文檔編號C23C4/06GK102644045SQ20121013510
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者商俊超, 張志彬, 徐濱士, 梁秀兵, 郭永明, 陳永雄 申請人:中國人民解放軍裝甲兵工程學院