[发明专利]一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，它涉及材料表面工程领域。该方法的特点是：首先，对镍粉、铝粉按比例压制预制坯；接着，用砂纸打磨基体表面；最后，用高频感应辅助自蔓延方法将基体和涂层预热并点燃自蔓延反应获得NiAl金属间化合物涂层。本发明工艺简单、加热效率高、成本低，获得涂层光滑、致密、气孔率低、结合强度高。可以广泛应用在工模具及结构零部件等表面处理和再制造，提高它们的寿命。

技术领域

本发明涉及材料表面工程领域，具体涉及一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法。

背景技术

NiAl系金属间化合物具有熔点高、硬度高、比重轻、热导率高、高的抗氧化性和高温稳定性以及良好的抗冷热疲劳性能。NiAl系金属间化合物，有望取代现有的镍基及铁基高温合金，应用于更高的温度和更恶劣的环境中。为了改善钢铁的高温性能，常常在其表面涂覆一层NiAl系金属化合物涂层。在制备NiAl系金属化合物涂层的表面工程技术中，自蔓延高温合成(SHS)技术是一种快速、简单、经济且界面清洁的原位生成NiAl系金属间化合物涂层的技术。但是，仅仅采用单一SHS法制备NiAl系金属间化合物涂层，尤其在制备薄涂层时，面临SHS反应层薄，总放热量少，再加上金属基体良好的导热性，无法使基体金属表面处于熔融状态，导致涂层与金属基体的结合性能不佳。所以，常常要采用辅助热源将基体预热或提升基体表面的温度。与氩弧、激光、加热炉和等离子等相比，高频感应具有工艺简单、加热速度快、热损少、加热效率高、无污染、加工质量高、成本低等优点，可以作为自蔓延复合涂层的辅助热源。但目前，采用高频感应辅助自蔓延制备NiAl系金属化合物涂层很少。

公布号CN105290406A公布了一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。该方法将金属基体、Ni-Al压坯、3Ni-Al-MoS₂从下向上依次叠放好，点燃Ni-Al压坯同时加压。该方法仅靠单一SHS放热使涂层和基体的界面结合性能不好。公布号CN102925890A公布了一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法。该方法采用加热炉作为辅助热源在碳素钢表面原位合成厚NiAl涂层，该方法无法采用加压装置导致需要非常厚(>10mm)的原材料粉末，这导致材料浪费严重且后续磨削加工量大。山东科技大学机电工程系(袁建军)采用等离子喷涂方法在Q235钢基体上原位合成Ni-Al基金属化合物涂层(袁建军,娄淑梅,王涛,等.等离子原位合成Ni-Al基金属间化合物涂层的研究[J].热加工工艺,2010,39(2):83-84)。该方法采用等离子喷涂方式导致涂层结合强度不高，与此同时Ni和Al反应时无法施加外压力导致涂层致密度不大。昆明理工大学材料科学与工程学院(唐淑君)采用激光熔覆方法在H13钢上原位合成Ni-Al金属化合物涂层(唐淑君,刘洪喜,张晓伟,等.H13钢表面激光选区熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能[J].红外与激光工程,2014,43(5):1621-1626)。该方法只能添加少量的Al以防止Ni和Al反应时溅射进而导致涂层孔洞及裂纹多的缺陷，该方法制备的涂层中含Ni-Al金属间化合物少。公布号CN102888536A公布了一种镍铝基金属间化合物涂层及其制备方法。该方法通过将55～70wt.％Ni,25～35wt.％的Al和3～15wt.％Ti压坯放置在金属基体上，采用电磁感应辅助并加压的方式在金属基体上原位合成镍铝基金属间化合物涂层。该方法自蔓延合成加压时容易导致生成的液相NiAl在压力作用下被挤出基体和压头。要得到纯Ni-Al金属间化合物涂层必须采用合适的辅助热源及加压方式。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种一种直接在金属表面借助高频感应辅助自蔓延方法制备光滑、致密、气孔率低、结合强度高的高质量NiAl涂层。该方法具有加热效率高和成本低的优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，包含如下步骤：