[发明专利]一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法

说明书

本发明涉及一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法，其主要步骤如下：首先按照涂层的成分配比称取Ni60合金和陶瓷纳米颗粒，并将其混合均匀，然后通过大气等离子喷涂技术在喷砂处理后的金属基体表面制备高性能耐磨涂层。本发明所提供的喷涂复合粉末中有陶瓷纳米颗粒的存在，有利于NiCrBSi基体的晶粒成核，减少制备涂层中的孔隙和裂纹等表面缺陷，在水润滑条件下，SiC陶瓷纳米颗粒在摩擦副作用下发生水解作用在摩擦界面生成一层连续的陶瓷相边界润滑膜，有效隔绝摩擦副与镍基材料的直接接触，对镍基材料起到了保护作用，显著界面硬度，从而使得SiC‑NiCrBSi复合涂层耐磨性能显著提高。

技术领域

本发明涉及热喷涂技术和表面工程领域，特别涉及一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法。

背景技术

NiCrBSi自熔性合金是在Ni-Cr合金的基础上添加B和Si元素而制成的，使其表现出优异的性能，如高硬度、熔点低、流动性好等。在喷涂过程中合金中的B元素与Cr、Ni等元素反应形成Cr₂B、NiB等硬质相弥散在涂层中，对涂层起弥散强化作用，Si元素主要固溶于基材中起固溶强化作用，而且Cr元素与C形成硬度较高的碳化物，从而使合金的显微硬度和强度大幅提高，同时Si和B可以扩大镍基自熔性合金粉末的固-液相温度区间，使粉末在喷涂过程中表现出优异的流动性和润湿性。因此NiCrBSi自熔性合金材料是目前极具使用前景的涂层材料之一，被广泛应用于机械设备和零部件表面的修复及长效防护。

随着科学技术的不断发展，纯NiCrBSi涂层已无法满足苛刻服役环境中的使用要求，NiCrBSi基复合涂层成为发展趋势。中国专利CN 107267908 A提出一种钻杆接头表面制备NiCrBSi-TiN梯度复合涂层耐磨带的方法，梯度涂层的原始粉末是NiCrBSi粉和Ti粉的混合粉末，等离子喷涂制备涂层后经感应重熔处理。该专利所采用添加相不能与NiCrBSi基体形成良好的冶金结合，颗粒间结合界面强度低，从而导致涂层在服役过程中容易出现颗粒剥落现象。中国专利CN 106399894 A提出一种WC-NiCrBSi梯度耐磨涂层的制备方法，喷涂材料为WC和NiCrBSi复合粉末，涂层的制备方法为大气等离子喷涂。该专利采用的是传统等离子喷涂工艺与常规等离子喷涂粉末，涂层的微观结构达不到本专利的致密度，从而影响制备涂层的耐磨性能。中国专利CN 108642434 A提出一种ZrH₂增强镍基复合材料涂层制备方法，涂层原料为ZrH₂和NiCrBSi混合粉，涂层的制备方法为大气等离子喷涂。该专利所采用添加微米级增强相在高温条件下会因晶粒长大而出现涂层性能下降和失效的问题。以上专利通过向NiCrBSi基材中添加增强颗粒提高涂层摩擦学性能，仅仅是通过增强颗粒的弥散强化提高涂层硬度以提高耐磨性，对耐磨性的影响有限。

发明内容

本发明的目的是利用陶瓷纳米颗粒在摩擦过程中会发生水解作用，在摩擦表面形成边界润滑陶瓷膜，显著提高复合涂层的耐磨性能的原理，提供了一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法。

本发明利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法，包括如下步骤：

(1)粉末混合

按照镍基涂层的成分配比称取Ni60合金粉末和陶瓷纳米颗粒，并将其混合均匀；

(2)涂层制备以步骤(1)所得混合粉末为原料，在喷砂处理的金属基体表面进行大气等离子喷涂处理，制备镍基复合涂层。

进一步的，步骤(1)中，Ni60合金粉末的化学成分按重量百分比为：Cr:17.59％、B:3.23％、Si:4.07％、Fe:4.41％、C:0.83％、Ni余量。

进一步的，步骤(1)中，镍基涂层的成分配比如下：95wt％Ni60合金，5wt％陶瓷纳米颗粒。

进一步的，步骤(1)中，陶瓷纳米颗粒为SiC陶瓷纳米颗粒。