CN104233084B

CN104233084B - 一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN104233084B
Application number: CN201410465190.4A
Authority: CN
Inventors: 程敬卿; 薛卫昌
Original assignee: Wuhu Dinghan Remanufacturing Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhu Dinghan Remanufacturing Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: CN104233084A

Abstract

本发明涉及一种Fe‑Gr‑B‑Si纳米涂层及其制备方法，其组分及各组分的质量百分数为Fe占42％‑61％、Gr占11％‑23％、B占11％‑23％、Si占11％‑23％、CBN占1％‑5％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成；其制备方法为：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、W、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe‑Gr‑B‑Si纳米涂层。本发明解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，整体提高了材料表面的耐磨性能。

Description

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法。

背景技术

激光熔覆(Laser Cladding)亦称激光包覆或激光熔敷，是高能量密度表面处理技术的一种,是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。在工件修复领域具有许多其它表面处理方法无法比拟的优点，与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

目前应用广泛的激光熔覆材料主要有：镍基、钴基、铁基合金、碳化钨复合材料。为了满足激光熔覆技术的发展需要，人们需要一种适用于激光熔覆技术的、综合性能更加优异的新型材料。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占42％-61％、Gr占11％-23％、B占11％-23％、Si占11％-23％、CBN占1％-5％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成。

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr、B和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、W、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN。所述助剂CBN能提高材料的硬度40％。

所述纳米粉末可采用超音速火焰(HVOF)喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe-Gr-B-Si纳米涂层。

本发明的有益效果是：本发明解决了现有涂层耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层硬度提高了50％，弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提高改善性的综合力学性能有显著的作用；所述Fe-Gr-B-Si纳米涂层适合多种钢材，尤其适合一些材料表面需要硬化，但要求又不高，价格低廉，节省成本，又达到硬化材料目的的情况。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

实施例一：

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占42％、Gr占23％、B占17％、Si占15％、CBN占1.75％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成。

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr、B和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、W、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在4Cr13模具钢基体上制备Fe-Gr-B-Si纳米涂层。

所述Fe-Gr-B-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Fe-Gr-B-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表2。

实施例二：

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占48％、Gr占12％、B占21％、Si占14％、CBN占3.75％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成。

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Fe-Gr-B-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表3。

实施例三：

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Fe占54％、Gr占15％、B占16％、Si占11％、CBN占2.75％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成。

一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Fe-Gr-B-Si纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩擦磨损性能实验结果对比见表4。

表1 Fe-Gr-B-Si纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果：

由实验数据可得，Fe-Gr-B-Si纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高工件表面的结合强度，能大幅度提高工件表面的显微硬度。

表2 实施例一的Fe-Gr-B-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：

表3 实施例二的Fe-Gr-B-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：

表4 实施例三的Fe-Gr-B-Si纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨损性能对比实验结果：

由表2、表3和表4可见，Fe-Gr-B-Si纳米涂层具有优良的耐磨性。

Fe-Gr-B-Si纳米涂层耐磨性、耐压性和韧性较好，易于加工，适用于耐磨件和轴泵面、汽轮箱体密封面等部位，由于Fe-Gr-B-Si纳米涂层中含有的硼、硅等元素具有自熔性，可直接喷涂，也可进行重熔处理，更适用于激光熔覆。

Fe-Gr-B-Si纳米涂层制成的Fe-Gr-B-Si纳米涂层硬度最高可达HRC58，Fe-Gr-B-Si纳米涂层的喷涂厚度可达2毫米，经过多次试验得出Fe-Gr-B-Si纳米涂层的结合强度、组织的致密度较好，Fe-Gr-B-Si纳米涂层的密度可达10.14g/cm³。

Fe-Gr-B-Si纳米涂层优于传统涂层材料，具有硬度高、耐磨性好的特点，在相同的条件下，20Cr的磨损量是Fe-Gr-B-Si涂层的16倍，可见Fe-Gr-B-Si纳米涂层与传统合金材料相比有着很大的进步，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层，其特征在于：其组分及各组分的质量百分数为Fe占42％-61％、Gr占11％-23％、B占11％-23％、Si占11％-23％、CBN占1％-5％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成。

2.根据权利要求1所述的一种Fe-Gr-B-Si纳米涂层的制备方法，其特征在于：Fe占42％-61％、Gr占11％-23％、B占11％-23％、Si占11％-23％、CBN占1％-5％、微量成分占1.25％；所述微量成分由Go、Mo、W、Ni组成，所述方法包括以下步骤：先采用干式粉碎法制得Fe、Gr、B和Si的纳米球，再采用活性剂保护法混合Go、Mo、W、Ni制得纳米粉末，同时添加助剂CBN，之后采用超音速火焰喷涂工艺在模具钢基体上制备Fe-Gr-B-Si纳米涂层。