专利名称：一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种工件表面的涂层制备方法，尤其涉及的是一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法。
背景技术：
镍铬(Inconel)合金是一种沉淀硬化型合金，它在700°C以上的高温条件下具有很高的蠕变断裂强度，被应用于燃气轮机、火箭发动机、航天器、泵和工具。由于这种合金在超音速火焰喷涂过程中具有稳定的热学性能(如热变形)和中温条件下的高硬度而被选作基材。热喷涂防护涂层在工业上广泛应用于石油化工厂、卷纸加工、包装机组件、泵零件 (叶轮、密封圈、阀体、滑动轴承)、水力机械(活塞、杆)、海岸和近海处的设施等。许多工业应用中都要求涂层具有保护基材不被腐蚀性介质腐蚀的性能。基材上必须没有与腐蚀性介质相接触的孔，以防止基材发生电化学腐蚀。涂层材料(Ni基、Co基合金和金属陶瓷)具有比普通钢材更好的电化学性能，从而更适合在恶劣的环境下工作。对超音速火焰喷涂HVOF (High Velocity Oxygen Fuel)金属合金涂层的研究表明，尽管它们没有金属陶瓷耐磨，但由于它们的高沉积率、很低的加工(研磨/抛光)成本和更低的粉末成本，超音速火焰喷涂金属合金涂层在工业中有着重要的应用。它们可能也具有某些特殊的性能，如高温下的高硬度和强抗氧化性。迄今为止，很少有实验研究其他的超音速火焰喷涂合金，如耐磨性合金iTriballoys合金或Ni-Cr-Mo-W-B合金。Triballoys合金的成分是M-Mo-Cr-Si (M为Co或Ni)，具有高的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性，由于这类合金易碎而不宜采用散装形式，故主要用作涂料。尽管如此，人们主要研究了焊态和金属熔覆状态下的这类合金，而不是以热喷涂的形式去研究它们。热喷涂处理后的涂层内部的孔隙较大，组织不够均勻，耐磨性和耐腐蚀性都比较差。制约了超音速火焰喷涂金属合金涂层工程化的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，在基体表面形成致密、耐摩擦、结合紧密的涂层。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤(1)使用超音速火焰喷涂将M基类金刚石合金粉末喷涂在基体上制得初始涂层；
(2)对初始涂层使用激光束扫描制得最终涂层。所述Ni基类金刚石合金粉末中，按质量百分比计，Ni 40 60 Cr 15 30%，W 9 15%、Mo 8 12%、Cu 4 10% 禾口 Al 1 5%。所述Ni基类金刚石合金粉末的粒度为15 45 μ m。所述步骤(1)中，在超音速火焰喷涂前，基体先用丙酮清洗后，再用Al2O3进行喷砂处理。
所述Al2O3的颗粒度为50 80目，适当尺寸的Al2O3可以提高基体的结合力。所述步骤(1)中，超音速火焰喷涂时，主燃烧气体&的流量是20 50SCCM，辅燃烧气体吐的流量是40 70SCCM，主燃烧气体和辅燃烧气体在燃烧室与Ni基类金刚石合金粉末混合后喷射到基体表面，喷射距离是5 lOinch，送粉速率是30 50g/min，燃烧室压力是5 lObar，沉积速率是3 7 μ m/min,喷涂后初始涂层厚度为250 350 μ m。所述步骤(2)中激光束扫描使用功率为4 10kW、光斑直径4 5mm、扫描速度 300 600mm/min的(X)2连续波激光束。所述激光束扫描时，相邻两道激光束的搭接率为10% 30%，可以确保整个涂层表面都能被激光扫描到。本发明相比现有技术具有以下优点本发明经过激光扫描处理，实现了镍铬合金工件的涂层表面形成致密的减磨润滑氧化物薄膜，涂层致密并且涂层和基体界面结合紧密；实现了涂层在高磨损和腐蚀性介质环境中服役的需求，激光扫描处理对其表面硬度亦有相当大的提高；扩大了热喷涂涂层工程化应用范围，为同类高端产品的开发提供了新的方法。
图1为激光扫描工艺原理图2为初始涂层和基体界面处的横截面图； 图3为最终涂层和基体界面处的横截面图； 图4为涂层摩擦系数随循环次数变化图； 图5为初始涂层表面磨损痕迹图； 图6为最终涂层表面磨损痕迹图7为初始涂层和最终涂层分别在3. 5wt% NaCl溶液中腐蚀电位随时间变化图； 图8为初始涂层和最终涂层分别在3. 5wt% NaCl溶液中极化曲线图； 图9为初始涂层在3. 5wt% NaCl溶液中电化学腐蚀形态图； 图10为最终涂层在3. 5wt% NaCl溶液中电化学腐蚀形态图； 图11为初始涂层和最终涂层分别电化学腐蚀后的X射线衍射分析图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例1
本实施例的镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法包括以下步骤(1)使用超音速火焰喷涂将M基类金刚石合金粉末喷涂在基体上制得初始涂层；
Ni基类金刚石合金粉末中，按质量百分比计，Ni 50%, Cr 20%, W 11%,Mo 11%、Cu 5%和 Al 3%，Ni基类金刚石合金粉末的粒度为30 μ m.
在超音速火焰喷涂前，基体先用丙酮清洗5分钟后，再用颗粒度为50目的Al2O3进行喷砂处理；本实施例中选用JK3000型超音速火焰喷涂，主燃烧气体A的流量是34SCCM，SCCM为每分钟的标准立方米，辅燃烧气体吐的流量是57SCCM，主燃烧气体和辅燃烧气体在燃烧室与 Ni基类金刚石合金粉末混合后喷射到基体表面，喷射距离是7inch，送粉速率是35g/min， 燃烧室压力是6. 8bar,沉积速率是5 μ m/min,喷涂后初始涂层厚度为300 μ m。(2)对初始涂层使用激光束扫描制得最终涂层
如图2所示，具体步骤如下本实施例选用功率为5kW的TJ-HL-T 5000型(X)2连续波激光照射设备，该激光设备在焦距长为200 mm的焦平面上传播的能量分布类似高斯分布的激光束，激光束波长为10. 6 μ m，激光束在大气环境中在基体上方18. 5mm的高度辐射到基体表面，实际工作功率为800W、椭圆形光斑的尺寸为5mmX4mm的激光束以扫描速度V=500mm/ min沿短直径(B=4mm)的方向移动，相连两道激光束的搭接率为20%，即如图2中d=0. 8mm。激光扫描后得到的最终涂层的物相主要是Y-Ni固溶体和Cr23C6初生相，还有一小部分的Cr3C2、WC和Ni4Mo。激光扫描使最终涂层和基体分界面结合紧密以致很难发生塑性变形，涂层表面硬度得到显著提高。激光扫描有助于涂层表面形成致密的耐摩擦氧化物薄膜，提高Y-Ni固溶体中Cr23C6、Cr3C2、WC和Ni4Mo各相之间的结合力，使涂层磨损性能得到很大提高。将本实施例超音速火焰喷涂(HVOF)后的初始涂层与激光束扫描(Li)后的最终涂层性能对比如下。如表1所示
表1初始涂层和最终涂层的表面性能和磨损率表
权利要求
1.一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)使用超音速火焰喷涂将M基类金刚石合金粉末喷涂在基体上制得初始涂层；(2)对初始涂层使用激光束扫描制得最终涂层。
2.根据权利要求1所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述Ni基类金刚石合金粉末中，按质量百分比计，Ni 40 60 Cr 15 30 W 9 15%、Mo 8 12%、Cu 4 10% 禾口 Al 1 5%。
3.根据权利要求2所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述Ni基类金刚石合金粉末的粒度为15 45 μ m。
4.根据权利要求1所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中，在超音速火焰喷涂前，基体先用丙酮清洗后，再用Al2O3进行喷砂处理。
5.根据权利要求4所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述Al2O3的颗粒度为50 80目。
6.根据权利要求1所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中，超音速火焰喷涂时，主燃烧气体A的流量是20 50SCCM，辅燃烧气体H2的流量是40 70SCCM，主燃烧气体和辅燃烧气体在燃烧室与Ni基类金刚石合金粉末混合后喷射到基体表面，喷射距离是5 lOinch，送粉速率是30 50g/min，燃烧室压力是 5 lObar，沉积速率是3 7 μ m/min,喷涂后初始涂层厚度为250 350 μ m。
7.根据权利要求1所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中激光束扫描使用功率为4 10kW、光斑直径4 5mm、扫描速度300 600mm/min的(X)2连续波激光束。
8.根据权利要求7所述的一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，其特征在于所述激光束扫描时，相邻两道激光束的搭接率为10% 30%。
全文摘要
本发明公开了一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，包括以下步骤使用超音速火焰喷涂将Ni基类金刚石合金粉末喷涂在基体上制得初始涂层；对初始涂层使用激光束扫描制得最终涂层。本发明经过激光扫描处理，实现了镍铬合金工件的涂层表面形成致密的减磨润滑氧化物薄膜，涂层致密并且涂层和基体界面结合紧密；实现了涂层在高磨损和腐蚀性介质环境中服役的需求，激光扫描处理对其表面硬度亦有相当大的提高；扩大了热喷涂涂层工程化应用范围，为同类高端产品的开发提供了新的方法。
文档编号C22C19/05GK102424943SQ20111043694
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者张世宏, 邰召勤 申请人:安徽天一重工股份有限公司