[发明专利]一种用固溶时效改善热浸镀镍基合金涂层性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种用热处理改善热浸镀镍基合计涂层性能的方法。

背景技术

目前制备镍基涂层的方法有热喷涂法、真空熔覆法等，但是都有自身的局限性。如：热喷涂法制备的镍基涂层空隙率比较大，且对环境污染比较严重，涂层质量低等；真空熔覆所用设备昂贵，生产周期长，存在着一定元素挥发现象等。本发明人用热浸镀的方法制备镍基耐磨耐蚀涂层现在已经取得了很大突破(一种镍基耐磨耐蚀合金热浸镀方法，申请号：200510011589.6)，另外关于改善热浸镀镍基合金涂层与基体界面结合效果的研究也取得了一定进展(一种用助镀剂改善碳钢与镍基合金结合界面的方法，申请号：200910081789.7)热浸镀镍基合金技术最大的优点就是成本低，生产周期短，生产效率高，对环境污染小等。镍基涂层具有优良的耐磨耐蚀性，可以起到用极少量的材料起到大量、昂贵的整体材料难以起到的作用，极大地降低产品的加工成本，从而达到提高包装产品质量、延长使用寿命、节约资源和能源。热浸镀镍基合金的基本工艺是：将钢基体进行表面预处理，使其露出新鲜且带有一定粗糙度的表面，然后将其浸入具有气氛保护且温度范围在980℃～1150℃的镍基镀液中，浸镀时间为0.5～60s，然后将基体从镀液中取出，在真空或者惰性气体保护下进行自然冷却，得到镍基合金镀层。

但是目前热浸镀镍基合金涂层组织中共晶组织形状各异且分布比较杂乱，宏观上表现为涂层的韧性较差，容易在使用过程中造成开裂，同时增加了镀层热裂和冷裂的危险，硬质相在镍基固溶体中的分布不均匀，也不利于涂层耐磨性的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善热浸镀镍基合金涂层性能的方法，即固溶时效。先将制备好的镍基涂层经过固溶处理，然后对其进行时效处理，从而可以改善热浸镀镍基涂层的组织以及提高涂层的耐磨性。

一种用固溶时效改善热浸镀镍基合金涂层性能的方法，其特征在于：钢基体表面经过喷砂预处理，然后通过浸泡覆盖一层助镀剂，烘干助镀剂中的水分和结晶水之后，浸入到镍基合金镀液中，然后将基体从镀液中取出，空冷得到镍基合金涂层，然后在850℃～950℃温度范围内，保温时间为5～10h进行固溶处理，保温结束后，进行快速冷却，最后将固溶后的试样放在600℃～750℃的炉中，保温16～30h进行时效处理。镍基合金的成分重量百分比为Cr：5～20％，B：1～6％，Si：1～6％，C：0～1.1％，Fe：≤10％，Ni：余量。

固溶时效处理的最优组合为950℃的温度范围内保温5h，进行固溶处理，保温结束后，试样进行快速冷却。最后将固溶处理后的试样放入到750℃的炉中，保温16h，进行时效处理，随炉冷却。

具体步骤如下：

一、钢基体表面的镀前处理

钢基体表面在运输和储藏过程中会有油污、铁锈和氧化皮，表面活性较低，在其表面热浸镀镍基合金前必须进行镀前处理。因此为了得到新鲜且活性高的钢基体表面，采用喷砂处理来除去钢基体表面的油污、铁锈和氧化皮，然后将其浸泡在助镀剂水溶液中，一段时间后将其取出，烘干，这时就得到了表面新鲜、活性较高的钢基体。

二、热浸镀镍基合金

首先进行镍基合金的熔炼，按重量百分比Cr：5～20％，B：1～6％，Si：1～6％，C：0～1.1％，Fe：≤10％，Ni：余量，进行配料，并且在熔炼过程中进行气氛保护(N₂保护)，当物料完全熔化且镀液干净后，将充分干燥的钢基体浸入980℃～1150℃的镍基镀液中，并通过移动钢基体使钢基体与镍基合金界面处的气体和杂质上浮，从而使镍基镀液与钢基体之间充分润湿与铺展，以形成良好的结合界面。将钢基体在镀液中移动0.5～60s后，从镀液中取出，在真空或气氛保护下进行冷却，通过移动钢基体可以保证钢基体表面的温度均匀，从而得到的镀层厚度均匀，表面光滑。

三、固溶时效处理

将利用热浸镀方法制备的镍基合金碳钢复合材料放入通有N₂的马弗炉中，在850℃～950℃的温度范围内保温5～10h，进行固溶处理，使过剩相充分溶解到镍基固溶体中后快速冷却，得到过饱和固溶体，为时效处理作好准备。最后将固溶处理后的试样放入到600℃～750℃的炉中，保温16～30h进行时效处理，并随炉冷却，消除镍基合金的内应力，稳定组织和尺寸，同时使硬质相充分均匀析出，从而提高镍基涂层的耐磨性。

四、成品性能检测