[发明专利]一种高速电弧喷涂镍基非晶纳米晶减摩涂层的粉芯丝材

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速电弧喷涂制备Ni基非晶纳米晶复合减摩涂层的粉芯丝材，主要用于工作温度在750℃以内的抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩防护涂层制备，属于材料加工工程学科的热喷涂技术领域。

背景技术

电弧喷涂技术具有喷涂材料广泛、效率高的特点，广泛应用于大面积防腐蚀、耐磨损等领域。高速电弧喷涂与传统电弧喷涂相比，通过大幅提高雾化气流的速度，使喷涂粒子的雾化质量、飞行速度得到提升，涂层更加致密，与基体结合强度更高。高速电弧喷涂电弧温度高达4000℃以上，而熔融粒子碰撞基体的瞬时冷却速度只有10^-7～10^-5s，具备了形成非晶涂层的前提条件，通过合理设计喷涂丝材，可获得非晶涂层。涂层非晶化可显著提高其耐腐蚀性能，部分非晶纳米化又可改善涂层的力学性能，提高涂层的韧性和强度。

通过高速电弧喷涂制备非晶纳米晶涂层，可用于装备零部件抗氧化、耐腐蚀、耐磨减摩防护涂层的制备，应用前景广阔。

发明内容

针对传统的高速电弧喷涂耐磨涂层抗氧化、防腐蚀性能差的问题，本发明提供了一种用于高速电弧喷涂制备Ni基非晶纳米晶复合涂层的粉芯丝材，其特征在于，粉芯丝材采用纯Ni外皮包裹粉芯，其中的粉芯占丝材的质量百分比为27-40％，粉芯的各组分及其质量百分比含量范围如下：金属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％。

金属Cr的加入，提高了涂层的抗高温氧化性能与防腐蚀性能；B-Cr合金弥散在涂层当中，可提高涂层的微观力学性能；Mo的加入一方面可提高涂层的内聚强度，增强涂层的非晶化趋势；另一方面，Mo在常温下具有一定的润滑效果，在温度超过350℃时，可氧化生成Mo0₃，减摩效果显著；将BaF₂与CaF₂粉末按62％∶38％的质量比混合，在1000℃下烧结2h，经破碎筛分制成BaF₂.CaF₂共晶粉末，该成分在450℃以上时可发生硬质相向软质相的转变，起到一定的减摩效果。通过合理设计丝材成分，制备的Ni基非晶纳米晶复合涂层的粉芯丝材，在750℃以内具有较好的抗氧化、防腐蚀、耐磨减摩性能。

本发明的制备方法采用现有技术，步骤如下：

1.将宽10mm、厚0.3mm的Ni带扎成U形，再向U形槽中填充27-40％质量比的上述混合粉末；

2.将U形槽合口，把粉末包覆其中，经拉丝模拉拔、减径，制成Φ2.0的粉芯丝材，得到本发明的产品。

本发明有益的效果：合理设计粉芯丝材各组分的质量百分比，采用高速电弧喷涂技术可在20G低碳钢基体上制备出低孔隙率、高结合强度、抗高温氧化、耐磨减摩的镍基非晶纳米晶复合减摩涂层，涂层厚度0.5-1mm，非晶相含量20-50％，硬度HV600以上。

附图说明

附图1为实施例1的涂层截面SEM图。

附图2为实施例1的涂层X射线衍射图谱。

具体实施方式

本发明通过如下措施来实现：

实施例1：

选用宽10mm、厚0.3mm的Ni带，先将其扎成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％；按质量百分比称重后用混粉机机械混合0.5h，按35％的填充率加入U形槽中，然后将U形槽合口，再经拉丝模拉拔、减径制成Φ2.0的粉芯丝材。采用高速电弧喷涂在20G低碳钢基体上制备厚度0.8mm厚的涂层，截面SEM形貌如图1所示。喷涂参数为电压34V、电流160A、距离160mm、雾化气流压力0.7MPa，获得涂层结合强度＞45MPa，涂层孔隙率＜1.0％，涂层显微硬度＞HV750，非晶相含量约50％(涂层XRD分析结果如图2所示)，利用Scherrer公式(其中常数取0.89，λ取0.15406nm)计算出涂层的平均晶粒尺寸小于35nm。涂层在常温下摩擦系数(氧化铝球为摩擦副)降低20％，耐磨损性能是20G钢的15倍。

实施例2：