CN104846313A - 一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Ni占43-61份、Cr占18-26份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.28-0.79份，所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go，其制备方法为：采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；然后将制得的纳米球采用活性剂保护法混合W、Mo、Si、Al、Go制得纳米粉末。本发明形貌有片状或条状，但分布均匀、颗粒完整具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明涂层的硬度达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能。
Description
技术领域
本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料及其制备方法。
背景技术
热喷涂是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的金属或非金属的材料，以一种高结合强度熔化或半熔化状态，沉积到一种高结合强度经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。材料可以是粉状、带状、丝状或棒状。热喷涂枪由燃料气、电弧或等离子弧提供必需的热量，将热喷涂材料加热到塑态或熔融态，再经受压缩空气的加速，使受约束的颗粒束流冲击到基体表面上。冲击到表面的颗粒，因受冲压而变形，形成叠层薄片，粘附在经过制备的基体表面，随之冷却并不断堆积，最终形成一种高结合强度层状的涂层。该涂层因材料的不同可实现耐高温腐蚀、抗磨损、隔热、抗电磁波等功能。
热喷涂一般分为火焰喷涂、氧乙火焰粉末喷涂、氧乙炔火焰线材喷涂、氧乙炔火焰喷焊、超音速火焰喷涂(HVOF)、电弧喷涂、等离子喷涂、大气等离子喷涂、低压等离子喷涂。
等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧项比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。
然而，虽然热喷涂技术发展迅速，热喷涂的发展却受喷涂材料的制约，传统的喷涂技术使用的材料结合强度差、气孔率高、耐磨性差，越来越体现出难以满足多样化工作环境的要求。采用新工艺、新方法、新配方制得具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性，微观组织结构均匀，综合力学性能优良的材料成为人们迫切的需求。
发明内容
为了解决传统涂层耐磨性较差，硬度较低等问题，本发明提供一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料及其制备方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占43-61份、Cr占18-26份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.28-0.79份。
将Ni混入纳米涂层中可以提高机械强度。Ni与Fe的合金用来制造机器承受较大压力、承受冲击和往复负荷部分的零件，如涡轮叶片、曲轴、连杆等。
Cr涂在工件表面，可以提高工件的耐腐性。
B是微量合金元素，B与铝合金结合，是有效的中子屏蔽材料。
WC为黑色六方晶系结晶，呈灰色，为带有金属光泽的粉末。WC质硬、弹性率也大，可提高纳米涂层硬度。
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合W、Mo、Si、Al、Go制得纳米粉末。
本发明的有益效果是：本发明形貌有片状或条状，但分布均匀、颗粒完整具有较好的组织结构和较好的宏观性能。本发明涂层的硬度达到HRC43，具有一定的硬度和抗磨损性能，本发明的涂层结合强度、抓附力较高，密度可达7.543g/cm3,喷涂厚度可达5毫米，致密度良好为0.69，适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi、4Cr5W2VSi、8Cr3等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明在扫描电子显微镜下的组织结构及晶体形貌。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占43份、Cr占18份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.28份。
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合W、Mo、Si、Al、Go制得纳米粉末。
实施例二：
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占47份、Cr占20份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.47份。
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，同实施例一。
实施例三：
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占55份、Cr占23份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.65份。
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，同实施例一。
实施例四：
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其组分及各组分的质量份数为Ni占61份、Cr占26份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.79份。
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，同实施例一。
结合图1，采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得Ni-Cr-B-Si纳米涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能对比实验结果见表1：
表1 Ni-Cr-B-Si纳米涂层与20Cr钢基体的性能对比实验结果：
| 实验组编号 | 孔隙率(AREA％) | 结合强度(MPa) | 显微硬度(HV) |
| 1 | 0.637 | 72.1 | 896 |
| 2 | 0.646 | 69.2 | 843 |
| 3 | 0.346 | 68.5 | 783 |
| 4 | 0.675 | 71.3 | 890 |
| 平均值 | 0.576 | 70.3 | 853 |
| 对比组 | 0.567 | 54.2 | 612 |
采用等离子喷涂技术在以20Cr钢为基体的棍类工件上制得Ni-Cr-B-Si涂层，带有所述涂层的基体与无所述涂层的基体的磨损量对比实验结果见表2：
表2 Ni-Cr-B-Si纳米涂层与20Cr钢基体的磨损量对比实验结果：
| 实验组编号 | 磨损前(g) | 磨损后(g) | 磨损量(g) |
| 1 | 66.6538 | 66.6498 | 0.0040 |
| 2 | 66.3669 | 66.3610 | 0.0059 |
| 3 | 66.9722 | 66.9679 | 0.0043 |
| 4 | 66.6791 | 66.6743 | 0.0048 |
| 对比组 | 66.6287 | 66.6219 | 0.0068 |
由表1和表2可见，Ni-Cr-B-Si纳米涂层的综合性能优异，耐磨性好。
本发明优于传统材料，硬度高、耐磨性好，与传统合金材料相比有着很大的进步。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料，其特征在于：其组分及各组分的质量份数为Ni占43-61份、Cr占18-26份、B占16份、Si占16份、WC占1份、微量元素占0.28-0.79份；
所述微量元素为W、Mo、Si、Al、Go。
2.一种高结合强度Ni-Cr-B-Si材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)先采用气雾化法制得Ni-Cr-B-Si的纳米球；
(2)将步骤(1)中制得的纳米球采用活性剂保护法混合W、Mo、Si、Al、Go制得纳米粉末。
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