一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr₃C₂金屬陶瓷塗層的製備方法

2023-05-21 22:37:41

專利名稱：一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法
技術領域：
本發明屬於複合材料領域，系一種耐磨、耐高溫氧化NiCr-Cr3C2雷射熔覆塗層的 配方及其製備方法。該塗層應用於540 980 ！高溫下的耐磨損、抗高溫腐蝕性氣體或飛 灰衝蝕磨損和抗硬面磨損的塗層或雷射再製造領域，屬於工業塗層或雷射再製造領域。
背景技術：
鉻的碳化物增強複合塗層常用作耐磨、耐蝕、耐高溫氧化和熱障塗層。通常的製作 工藝是熱噴塗、等離子噴塗、高速火焰噴塗等。上述三種方法製備的塗層，容易出現氣孔、疏 松，出現結合力不足、脫落等情況，不適用於工件維修或要求冶金結合的表面改性。鉻的碳化物增強複合塗層的製備方法還有外加Cr3C2顆粒鎢極氬弧焊和雷射熔覆 等方法。氣體鎢極氬弧焊時，Cr3C2部分分解並伴生Cr7C3、Cr23C6等碳化物。外加Cr3C2顆 粒雷射熔覆時，Cr3C2顆粒易分解，伴生Cr7C3等碳化物。為減少因外加Cr3C2顆粒與熔池相 互作用時的分解，Vreeling等人提出了雷射噴射熔覆技術，將Cr3C2顆粒注射到熔池尾部， 避免與光斑直接接觸，這樣只有熔池來加熱Cr3C2顆粒，但仍有部分Cr3C2顆粒發生分解。總體而言，外加Cr3C2顆粒在雷射熔覆時，塗層中保留的Cr3C2較少，由於Cr3C2分解 產生的Cr7C3和&23(6的熔點和硬度都遠小於Cr3C2，不能滿足工程應用。針對上述困難， 本發明通過原位合成的路線，採用雷射熔覆方法，合成以Cr3C2為主要增強相的金屬陶瓷塗 層。

發明內容
本發明提供一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，該方法制 得的金屬陶瓷塗層以鎳基固溶體為粘結劑，以Cr3C2為增強相，避免了 Cr7C3和Cr23C6的大量 生成。一種耐磨耐高溫氧化NiCr_Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，包括以下步驟
1、一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的原料粉末，其組分的質量百分含量 為 M 19. 0 21. 1，鉻 62. 5 69. 7，碳 8. 0 12. 3，矽 0. 5 1. 9，硼 0. 3 1. 6，氧化釔 0. 2 1. 8。將上述原料粉末置於密封容器中，放入混料機中混合1 3小時。2、雷射熔覆以15 35毫米厚中碳鋼板為基材，用500號SiC砂輪將基材打磨出 平整光潔表面，並用無水乙醇和丙酮去油，將步驟1所得原料粉末在基材上預覆2. 0 3. 5 毫米厚。然後通過CAD設計S型熔覆路線。雷射熔覆所用雷射器為5千瓦C02雷射器，工 藝參數為功率1. 5 4千瓦，光斑直徑2 4. 5毫米，掃描速度20 60毫米每秒，搭接 10 50%，保護氣氛為氬氣，送氣壓強0. 1 0. 8兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層 的熔覆工件。3、將步驟2所得熔覆工件以10 30°C每分鐘的速度升溫至800 1000°C，保溫 時間1 2小時，降溫時隨爐空冷。最後得到一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層。
本發明提供一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，由於採用 原位合成的路線，可以一次性形成Cr3C2而不發生Cr3C2的分解。由於碳含量較高，在快速冷 卻的雷射熔覆中，碳化鉻的晶粒的生長時間很短，所以晶粒尺寸很小而且強度較高，平均晶 粒直徑小於5微米，抗彎強度約1400兆帕。由於碳化鉻的維氏硬度高達2800，耐高溫氧化， 所以該種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層能夠在850°C的高溫氧化中保護基體且 耐磨性能優良。
具體實施例方式實施例1
一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，包括以下步驟 1、一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的原料粉末，其組分的質量百分含量 為鎳20. 1，鉻69.0，碳9.0，矽0.5，硼0.3，氧化釔0.2。將上述原料粉末置於密封容器中， 放入混料機中混合1小時。2、雷射熔覆以15毫米厚中碳鋼板為基材，用500號SiC砂輪將基材打磨出平整光 潔表面，並用無水乙醇和丙酮去油，將步驟1所得原料粉末在基材上預覆2. 2毫米厚。然後 通過CAD設計S型熔覆路線。雷射熔覆所用雷射器為5千瓦C02雷射器，工藝參數為功率
2.5千瓦，光斑直徑2. 5毫米，掃描速度20毫米每秒，搭接20%，保護氣氛為氬氣，送氣壓強 0. 2兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的熔覆工件。3、將步驟2所得熔覆工件以10°C每分鐘的速度升溫至820°C，保溫時間1小時，降 溫時隨爐空冷。最後得到一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層。實施例2
一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，包括以下步驟 1、一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的原料粉末，其組分的質量百分含量 為鎳19. 3，鉻69. 3，碳9. 2，矽0.6，硼0.5，氧化釔1. 1。將上述原料粉末置於密封容器中， 放入混料機中混合2小時。2、雷射熔覆以25毫米厚中碳鋼板為基材，用500號SiC砂輪將基材打磨出平整光 潔表面，並用無水乙醇和丙酮去油，將步驟1所得原料粉末在基材上預覆2. 0毫米厚。然後 通過CAD設計S型熔覆路線。雷射熔覆所用雷射器為5千瓦C02雷射器，工藝參數為功率
3.5千瓦，光斑直徑3. 5毫米，掃描速度20毫米每秒，搭接40%，保護氣氛為氬氣，送氣壓強 0. 5兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的熔覆工件。3、將步驟2所得熔覆工件以10°C每分鐘的速度升溫至840°C，保溫時間1. 5小時， 降溫時隨爐空冷。最後得到一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層。實施例3
一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，包括以下步驟 1、一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的原料粉末，其組分的質量百分含量 為鎳19. 4，鉻67. 0，碳9. 3，矽1. 8，硼1. 2，氧化釔1. 3。將上述原料粉末置於密封容器中， 放入混料機中混合1. 5小時。2、雷射熔覆以30毫米厚中碳鋼板為基材，用500號SiC砂輪將基材打磨出平整光 潔表面，並用無水乙醇和丙酮去油，將步驟1所得原料粉末在基材上預覆2. 5毫米厚。然後通過CAD設計S型熔覆路線。雷射熔覆所用雷射器為5千瓦C02雷射器，工藝參數為功率 3. 0千瓦，光斑直徑3. 0毫米，掃描速度25毫米每秒，搭接50%，保護氣氛為氬氣，送氣壓強 0. 8兆帕。由此得到NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的熔覆工件。 3、將步驟2所得熔覆工件以10°C每分鐘的速度升溫至850°C，保溫時間2. 5小時， 降溫時隨爐空冷。最後得到一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層。
權利要求
一種耐磨耐高溫氧化NiCr Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，其特徵是其製備方法為(1)、一種耐磨耐高溫氧化NiCr Cr3C2金屬陶瓷塗層的原料粉末，其組分的質量百分含量為鎳19.0～21.1，鉻62.5～69.7，碳8.0～12.3，矽0.5～1.9，硼0.3～1.6，氧化釔0.2～1.8；將上述原料粉末置於密封容器中，放入混料機中混合1～3小時；(2)、雷射熔覆以15～35毫米厚中碳鋼板為基材，用500號SiC砂輪將基材打磨出平整光潔表面，並用無水乙醇和丙酮去油，將步驟1所得原料粉末在基材上預覆2.0～3.5毫米厚；然後通過CAD設計S型熔覆路線；雷射熔覆所用雷射器為5千瓦 CO2雷射器，工藝參數為功率1.5～4千瓦，光斑直徑2～4.5毫米，掃描速度20～60毫米每秒， 搭接10～50%，保護氣氛為氬氣，送氣壓強0.1～0.8兆帕；由此得到NiCr Cr3C2金屬陶瓷塗層的熔覆工件；(3)、將步驟2所得熔覆工件以10～30℃每分鐘的速度升溫至800～1000℃，保溫時間1～2小時，降溫時隨爐空冷；最後得到一種耐磨耐高溫氧化NiCr Cr3C2金屬陶瓷塗層。
全文摘要
一種耐磨耐高溫氧化NiCr-Cr3C2金屬陶瓷塗層的製備方法，其製備方法為1、配方；2、雷射熔覆製備方法，3、熱處理工藝。本發明製得的金屬陶瓷塗層以鎳基固溶體為粘結劑，以Cr3C2為增強相，避免了Cr7C3和Cr23C6的大量生成。
文檔編號C23C24/10GK101988195SQ20101057890
公開日2011年3月23日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者婁德元, 張金林, 才慶魁, 李海松, 賀春林, 馬國峰 申請人:瀋陽大學