一種含有硼化鈦的鎳合金涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含有硼化鈦的鎳合金涂層的制備方法。【背景技術(shù)】
[0002] 等粒子噴涂是利用等離子弧進(jìn)行的，等離子弧是壓縮電弧，與自由電弧相比較，其 弧柱細(xì)，電流密度大，氣體電離度高，因此具有溫度高，能量集中，弧穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。等離 子噴涂具有涂層平整光滑，可精確控制厚度；涂層孔隙率低，結(jié)合度高，涂層孔隙率可控 制在1%-10%，結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)60-70 MPa ;涂層氧化物和雜質(zhì)含量少，與電鍍、電刷、滲碳、滲 氮相比，等離子噴涂層更厚、更硬、更具防腐效果；噴涂過程對(duì)基體的熱影響小，基體組織不 會(huì)發(fā)生變化。工件受熱溫度可控制低于250°C，因此也可在塑料、油漆、玻璃、石棉布等非金 屬材料上噴涂。等離子噴涂不足是在噴涂層較厚時(shí)，可發(fā)生開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，提供一種含有硼化鈦的鎳合金涂層的制備方法，其方法簡(jiǎn)單，原 料易得，綜合性能好，應(yīng)用廣泛。
[0004] 硼化鈦（TiB2)粉末是灰色或灰黑色的，具有六方的晶體結(jié)構(gòu)。它的熔點(diǎn)是2980°C， 有很高的硬度。它是一種極具開發(fā)前景的陶瓷材料，有較高的強(qiáng)度和耐熱沖擊性，除此之外 還具有良好的導(dǎo)電性和抗氧化能力。因此作為耐磨材料已被廣泛用于磨具、磨料、切削刀具 和耐磨涂層中；作為硬相正被用于多種硬質(zhì)合金和復(fù)相陶瓷的研究中；作為一種在鋁液中 溶解度小、導(dǎo)電率高、對(duì)鋁液潤(rùn)濕性好的材料已成為鋁電解槽用陰極的首選材料。試驗(yàn)用的 二硼化鈦選自山東正大青州化工廠。
[0005] 金屬鈷（Co)粉作為耐磨涂層，其高的硬度、良好的耐磨性和良好的韌性，廣泛應(yīng) 用于航空航天冶金、電力及其機(jī)械領(lǐng)域增強(qiáng)基體金屬的耐磨性，或作為磨損部件的修復(fù)。噴 涂WC-Co涂層具有較高的硬度和耐磨性，廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如煤氣管道監(jiān)測(cè)設(shè)備上 的滑靴以及飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、軸、齒輪等耐磨部件。WC是一種高硬度相，Co是金屬粘結(jié)劑，把 WC顆粒粘結(jié)在一起。在WC-Co基合金中，隨著WC含量的增加，合金的耐磨性增加。涂層組 織和性能的優(yōu)劣受許多因素的影響，如原始噴涂粉末的制造過程和性能、基體材料的選擇 及熱噴涂工藝過程等。試驗(yàn)用的金屬鈷粉選自北礦新材料科技有限公司。
[0006] 金屬鉻（Cr)粉具有固溶強(qiáng)化作用和鈍化作用，能提高耐蝕性能和抗高溫氧化性 能；富余的鉻容易與碳、硼形成碳化鉻、硼化鉻硬質(zhì)相從而提高合金硬度和耐磨性。Ni-Cr 合金也就是鎳基耐熱合金，主要在氧化性介質(zhì)條件下使用。抗高溫氧化和含硫、釩等氣體的 腐蝕，其耐蝕性隨鉻含量的增加而增強(qiáng)。這類合金也具有較好的耐氫氧化物（Na0H、K0H)腐 蝕和耐應(yīng)力腐蝕的能力。試驗(yàn)用的金屬鉻粉選自北礦新材料科技有限公司。
[0007]本發(fā)明選用Ni60為基礎(chǔ)粉，采用等離子噴涂對(duì)汽車齒輪軸35CrM〇表面進(jìn)行噴涂。 在Ni60粉中添加TiB2、Co、Cr金屬粉，每種金屬粉的添加量為0-15%，分成6個(gè)實(shí)驗(yàn)組，按 均勻設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，每組金屬Ni60粉的最小量在67%-88%之間。涂層厚400um等離子噴 涂Ni60、TiB2、Co、Cr在35CrMo試件上。噴焊時(shí)若采用中小型噴焊槍時(shí)，宜選用-150目的 的粉，采用大型噴焊槍時(shí)宜-150 / + 320目的的粉。試驗(yàn)用的金屬鎳粉選自浙江亞通焊材 有限公司。
[0008] 采用的技術(shù)方案是： 一種含有硼化鈦的鎳合金涂層的制備方法，其特征在于：首先對(duì)工件進(jìn)行預(yù)處理，然后 取各種原料粉按比例配置合金粉，最后采用等離子噴涂的方法在工件的表面噴涂一層合金 層；具體步驟如下： 一、 對(duì)工件表面先用砂紙打磨，再進(jìn)行噴砂處理； 二、 取金屬鎳粉、金屬鈷粉、硼化鈦粉和金屬鉻粉按比例均勻混合配置合金粉，其中各 組分按質(zhì)量百分比計(jì)：金屬鉻粉0-15%、金屬鈷粉0-15%、硼化鈦粉0-15%，其余為金屬鎳 粉； 三、 將配置好的合金粉采用等離子噴涂的方法在處理過的工件表面噴涂一層合金層。
[0009] 四、等離子噴涂后的工件端面使用砂紙240#，500 #，600#，800#，1000#，1200#，1500# 和2000#進(jìn)行打磨，拋光，用酒精沖洗，吹干，密封保存。王水腐蝕后，測(cè)試涂層顯微硬度和 掃描電鏡； 將試件磨損M-200試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行磨損，測(cè)得磨損量； 將試驗(yàn)后試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和優(yōu)化，并進(jìn)行設(shè) 計(jì)和計(jì)算，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)效果很好，HVmax可達(dá)3065 HV，個(gè)別點(diǎn)可達(dá)4454HV。
[0010] 步驟二中配置的合金粉，其金屬鎳粉的含量按質(zhì)量百分比計(jì)最小量為67%。
[0011] 對(duì)合金粉粒度的要求：金屬鎳粉150-320目、金屬鈷粉150-320目、硼化鈦粉 150-320目和金屬鉻粉150-320目。
[0012] 步驟三噴涂合金層的厚度為：400 um〇
[0013] 金屬工件的材質(zhì)為合金鋼（35CrMo)。
[0014] 步驟一中對(duì)工件表面用砂紙打磨的方法為：使用240#砂紙進(jìn)行打磨。
[0015] 步驟一中對(duì)工件表面進(jìn)行噴砂處理。
[0016] 合金涂層效果：涂層結(jié)合較好，附表1為涂層厚度為400um，等離子噴涂配比 TiB 215%、Co6%、Crl2% Ni60含量88%的35CrMo表面元素分析圖，更加直觀的看出涂層表 面所含的元素。試驗(yàn)后顯微硬度HVmax最大可達(dá)2823. 3HV，HVmin為1063. 9HV，本研究 使用M-200磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)，加載9. 8N，磨損時(shí)間為20min，主軸轉(zhuǎn)速200 rad/min ;潤(rùn)滑油為 1〇#機(jī)油，壓力為10N，在5次20min的時(shí)間里最小的磨損量為0. 0024g，最大的磨損量為 0. 0919g〇
[0017] 附表1 Ni60的理化性能
附表.2 Cr、TiB2、Co三種金屬噴涂粉的理化性能
附表3 等離子噴涂工藝參數(shù)
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： 本發(fā)明所制備的涂層，綜合性能極佳，常用于伴有氧化或熱腐蝕性的抗磨損場(chǎng)合，與滲 碳、滲氮、滲硼、鍍鉻和某些堆焊合金等表面硬化處理后的硬度相當(dāng)，其自熔性、潤(rùn)濕性和噴 焊性優(yōu)良，而且熔點(diǎn)比較低，噴焊層具有硬度高、耐蝕、耐磨、耐熱特點(diǎn)，難以切削和抗高溫 氧化的綜合性能，已被廣泛用于冶金、機(jī)械、礦山、石油、化工、輕工、汽車等領(lǐng)域易損部件的 修復(fù)和保護(hù)，能幾倍乃至幾十倍地提高使用壽命。適用于軸類、閥門、柱塞、密封環(huán)、輸送輥、 栗套、刮板等零件的表面，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，能幾倍乃至幾十倍地提高使 用壽命。
【附圖說明】
[0018] 圖1 400um涂層35CrMo等離子噴涂Ni60中含有TiB215%、Co6%、Crl2%的線掃描 的Ni元素分析 圖2 400um涂層35CrMo等離子噴涂Ni60中含有TiB