CN104264097A - 一种CBN-TiO2涂层及其制备方法 - Google Patents

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薛卫昌
程敬卿
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Abstract

本发明涉及一种CBN-TiO2涂层及其制备方法，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：CBN为72％～85％，TiO2占12％～25％，Al2O3为2％，微量元素1％。制备方法的步骤为：先对CBN、TiO2、Al2O3材料采用化学气象沉积法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。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，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。

Description

一种CBN-TiO2涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及再制造工程技术领域，具体是一种CBN-TiO2涂层及其制备方法。
背景技术
对于设备上磨损情况比较严重的零部件，常常在零部件的外表面采取喷涂的方式喷涂上由一定混合材料制成的涂层，以改善零件的强度和耐磨性，常用的喷涂方式有等离子喷涂和超音速火焰喷涂。等离子喷涂技术是继火焰喷涂之后大力发展起来的一种新型多用途的精密喷涂方法。等粒子喷涂是利用等离子弧进行的，离子弧是压缩电弧，与自由电弧相比较，其弧柱细，电流密度大，气体电离度高，因此具有温度高，能量集中，弧稳定性好等特点。
但是，传统的涂层的材料搭配不合理，存在着耐磨性较差、耐腐蚀性较低的问题，影响到零部件的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种CBN-TiO2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CBN-TiO2涂层，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为72％～85％，TiO2占12％～25％，Al2O3为2％，微量元素1％。
所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种CBN-TiO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对CBN、TiO2、Al2O3材料采用化学气象沉积法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
立方氮化硼CBN是仅次于金刚石的第二硬材料，具有良好的物理、化学性能，弹性模量与金刚石接近，热稳定性比金刚石高，Al2O3具有较高的强度和韧性，可提高50％，并添加微量元素可提高涂层的结合度、抓附力。
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。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
实施例一：
一种CBN-TiO2涂层，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为75％，TiO2占22％，Al2O3为2％，微量元素1％。
所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种CBN-TiO2涂层的制备方法，所述步骤为：先对CBN、TiO2、Al2O3材料采用化学气象沉积法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
实施例二：
一种CBN-TiO2涂层，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为85％，TiO2占12％，Al2O3为2％，微量元素1％。
所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种CBN-TiO2涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例三：
一种CBN-TiO2涂层，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为80％，TiO2占17％，Al2O3为2％，微量元素1％。
所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种CBN-TiO2涂层的制备方法与实施例一相同。
实施例四：
一种CBN-TiO2涂层，包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为72％，TiO2占25％，Al2O3为2％，微量元素1％。
所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
一种CBN-TiO2涂层的制备方法与实施例一相同。
为了论证本发明的实际效果，特采用等离子喷涂工艺在12CrNi3A渗碳模具钢基体上制备了CBN-TiO2涂层，将实施例一至实施例四实施后，分别测试了涂层的结合强度、显微硬度、气孔率以及抗磨粒磨损性能。并利用XRD对喷涂粉末济涂层进行了相结构分析，用扫描电子显微镜对喷涂粉末、磨粒磨损前后的涂层表面形貌进行了观察。实验结果如下：
编号 孔隙率(AREA％) 结合强度(MPa) 显微硬度(HV)
实施例一 0.545 77.6 1365
实施例二 0.426 72.7 1236
实施例三 0.478 74.1 1326
实施例四 0.513 73.6 1298
平均值 0.491 74.5 1306
对比组 0.825 60 799
其中，对比组为12CrNi3A渗碳模具钢基体。
本发明中的CBN含量较高，硬度最高可到HRC74。密度可达2.47g/cm3，喷涂厚度可达1毫米，致密度良好为0.82，适用于等离子喷涂，可用喷涂钢材有：2Cr13、4Cr13、9Cr18、4Cr5W2VSi、8Cr3等等。还可喷涂一些对硬度要求比较高的工件或工具钢表面处理，以提高工件表面硬度和耐磨性。
另外，本发明进行了三组磨损量测试实验，每组实验中均测试了实施例一至实施例四中的磨损量，将平均数据进行统计，并与对比组进行对比，相关数据如下：
编号 磨损前平均值(g) 磨损后平均值(g) 磨损量平均值(mg)
实验1 48.2544 48.2532 12
实验2 48.5651 48.5641 10
实验3 48.6325 48.6313 12
对比组 48.6525 48.6398 127
有上述实验数据可以看出，本发明涉及的纳米涂层材料优于传统涂层材料，硬度高、耐磨性好与传统合金材料相比有着很大的进步。在相同的条件下，12CrNi3A的磨损量是CBN-TiO2涂层的11倍，这表明等离子制备的CBN-TiO2涂层具有优异的抗磨粒磨损性能。
本发明使用了CBN-TiO2超细硬质合金复合材料，对复合材料的组织结构、密度、抗弯强度等性能进行了研究。结果表明：得到的复合材料相对密度可达94.2％，弥散立方氮化硼颗粒与超细硬质合金基体之间没有明显的间隙，CBN-TiO2复合材料的抗弯强度为750MPa，摩擦系数稳定性变好，摩擦系数最小。
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，本发明不受步骤实施例的限制，步骤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 (3)

1.一种CBN-TiO2涂层，其特征在于：包括以下组分：CBN、TiO2、Al2O3和微量元素，各组分所含质量百分比如下：
CBN为72％～85％，TiO2占12％～25％，Al2O3为2％，微量元素1％。
2.根据权利要求1所述的一种CBN-TiO2涂层，其特征在于：所述微量元素包括Ni、Cr、Si、B、Mo。
3.一种CBN-TiO2涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤为：先对CBN、TiO2、Al2O3材料采用化学气象沉积法制得纳米球，再采用活性剂保护法混合了微量元素制得纳米粉末，最后通过等离子喷涂设备喷涂在基体上形成涂层。
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