本發(fā)明屬于金屬表面強化涂層，具體涉及一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層及其制備方法。

背景技術：

1、液壓元件的制造中，尤其是在液壓馬達的柱塞等關鍵部件，表面磨損一直是影響元件性能和使用壽命的主要問題。在低速重載工況下，柱塞與其他部件的配合表面常處于混合潤滑狀態(tài)，這會導致摩擦加劇，進而引發(fā)磨粒磨損和疲勞磨損。這些磨損的累積不僅會導致柱塞與缸體之間的密封性和承載能力下降，還會顯著縮短液壓馬達的使用壽命。因此，提高液壓元件的表面耐磨性和抗疲勞性，是提升設備可靠性和延長服役周期的關鍵措施。

2、激光熔覆技術作為一種先進的表面強化處理方法，憑借其高能激光束能夠精確控制材料表面的改性，已廣泛應用于液壓元件的表面強化。nifecrsi合金作為基礎合金材料，具有優(yōu)異的耐磨性和高硬度，但在復雜惡劣工況下，單一的nifecrsi涂層仍存在一定局限性。為了提升其在高負荷、嚴苛工況下的性能，可以通過在涂層中加入具有優(yōu)異潤滑性能的納米材料—石墨烯。然而，nifecrsi合金與石墨烯的物理化學性能差異較大，容易導致應力集中、裂紋生成和涂層脫落等問題。為了解決這些問題，采用激光熔覆技術制備梯度涂層是一種有效的方案，梯度涂層能夠平滑過渡nifecrsi合金與石墨烯之間的性能差異，降低二者之間的應力集中，從而顯著減少裂紋和涂層脫落的風險。因此，研究激光熔覆制備石墨烯梯度涂層具有重要的實際意義。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的是針對現有技術的不足，提出一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層及其制備方法，在確保涂層與基體及各層間良好冶金結合的基礎上，提升耐磨性能，實現表面質量與耐磨性的兼顧。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）若干過渡層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；在金屬基體表面制備該梯度涂層。

3、進一步地，所述梯度結構使得不同層次之間的涂層具有平滑的物理和化學性能過渡，最大限度地減少界面應力和結構缺陷，提高涂層的硬度和耐磨性。

4、進一步地，所述耐磨層中鍍鎳石墨烯含量不超過5wt%。

5、進一步地，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）一層過渡層-97.5wt%nifecrsi合金涂層摻雜2.5wt%鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-95wt%nifecrsi合金涂層摻雜5wt%鍍鎳石墨烯。

6、另一方面，本發(fā)明還提供了一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，包括以下步驟：

7、s1：配制梯度耐磨涂層粉末，包括：（1）打底層-nifecrsi合金粉末；（2）若干過渡層-nifecrsi合金粉末摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金粉末摻雜鍍鎳石墨烯，若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；分別均勻混合過渡層和耐磨層使用的粉末并干燥；

8、s2：對金屬基體表面進行預處理，基體表面去除氧化層，對金屬基體清潔表面并進行預熱；

9、s3：啟動光纖激光器、六軸機械臂、同步送粉器與氬氣氣瓶；

10、s4：往同步送粉器內加入nifecrsi合金粉末，對打底層進行激光熔覆；

11、s5：將同步送粉器內過渡層的粉末，在打底層上激光熔覆過渡層；

12、s6：將同步送粉器內粉末更換耐磨層的粉末，在過渡層上激光熔覆耐磨層；

13、s7：梯度耐磨涂層制備結束后，關閉光纖激光器、六軸機器人、關閉氬氣氣瓶及同步送粉器。

14、進一步地，步驟s1中，nifecrsi合金粉末的粒徑為20~60μm，化學成分為：cr：14~17wt％，si：3~4.5wt％，fe：≤15wt％，c：0.6~1.0wt％，b：2.5~4.5wt％，ni余量。

15、進一步地，步驟s1中，添加的鍍鎳石墨烯粉末的粒徑為20~60μm，為了增加石墨烯與基體涂層的潤濕性，采用化學鍍的方式在石墨烯表面鍍鎳涂層，鍍鎳石墨烯粉末的芯部石墨烯化學成分為：c：99.75wt%，水分：0.2?wt?%，s：0.05wt%，外層鍍鎳涂層的化學成分為：ni：85.56wt%，p：0.21wt%；c余量。

16、進一步地，步驟s3中，采用同軸送粉的方式，送粉氣和保護氣為純度＞99.99%的高純氬氣。

17、進一步地，送粉氣和保護氣的流量分別為20?l/min和9?l/min。

18、進一步地，步驟s4-步驟s6中，激光熔覆制備涂層的參數如下：激光功率為2500?w，光斑直徑為3?mm，掃描速度為2?mm/s，粉盤轉速1.5?r/min，搭接率為50%。

19、本發(fā)明的有益結果是：

20、1、三層梯度結構涂層的基礎相為γ-ni固溶體，涂層中保留均勻分散的鍍鎳石墨烯相，ni@gr導致晶粒顯著細化，部分ni@gr分解生成硬質碳化物，導致涂層中碳化物含量增加；

21、2、三層梯度結構涂層的表面顯微硬度最高可達1100.8?hv0.2；

22、3、三層梯度涂層耐磨性能良好，在測試載荷為100n，行程2mm，頻率4hz，時長20min的往復摩擦式磨損試驗條件下，磨損體積較小，為1.95×10-2mm-3。

技術特征：

1.一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）若干過渡層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；在金屬基體表面制備該梯度涂層。

2.根據權利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度結構使得不同層次之間的涂層具有平滑的物理和化學性能過渡，最大限度地減少界面應力和結構缺陷，提高涂層的硬度和耐磨性。

3.根據權利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述耐磨層中鍍鎳石墨烯含量不超過5wt%。

4.根據權利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）一層過渡層-97.5wt%nifecrsi合金涂層摻雜2.5wt%鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-95wt%nifecrsi合金涂層摻雜5wt%鍍鎳石墨烯。

5.一種基于權利要求1-4任一項所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據權利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，nifecrsi合金粉末的粒徑為20~60μm，化學成分為：cr：14~17wt％，si：3~4.5wt％，fe：≤15wt％，c：0.6~1.0wt％，b：2.5~4.5wt％，ni余量。

7.?根據權利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，添加的鍍鎳石墨烯粉末的粒徑為20~60μm，為了增加石墨烯與基體涂層的潤濕性，采用化學鍍的方式在石墨烯表面鍍鎳涂層，鍍鎳石墨烯粉末的芯部石墨烯化學成分為：c：99.75wt%，水分：0.2?wt?%，s：0.05wt%，外層鍍鎳涂層的化學成分為：ni：85.56wt%，p：0.21wt%；c余量。

8.根據權利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s3中，采用同軸送粉的方式，送粉氣和保護氣為純度＞99.99%的高純氬氣。

9.?根據權利要求8所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，送粉氣和保護氣的流量分別為20?l/min和9?l/min。

10.?根據權利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s4-步驟s6中，激光熔覆制備涂層的參數如下：激光功率為2500?w，光斑直徑為3?mm，掃描速度為2?mm/s，粉盤轉速1.5?r/min，搭接率為50%。

技術總結
本發(fā)明公開了一種鍍鎳石墨烯增強NiFeCrSi梯度涂層及其制備方法。所述梯度涂層包括：（1）打底層?NiFeCrSi合金涂層；（2）若干過渡層?NiFeCrSi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層?NiFeCrSi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次NiFeCrSi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；采用激光熔覆技術在金屬基體表面制備該梯度涂層。本發(fā)明的三層梯度結構涂層使得涂層在不同層次之間具有平滑的物理和化學性能過渡，最大限度地減少了界面應力和結構缺陷，提高了涂層的硬度和耐磨性。

技術研發(fā)人員：張超,韓敏,張小龍,方禹,段怡曼,張軍輝,徐兵
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9