CN112575327B - 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体 - Google Patents

一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体 Download PDF

Info

Publication number
CN112575327B
CN112575327B CN202011420407.1A CN202011420407A CN112575327B CN 112575327 B CN112575327 B CN 112575327B CN 202011420407 A CN202011420407 A CN 202011420407A CN 112575327 B CN112575327 B CN 112575327B
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve body
hardness
layer
wear
composite coating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011420407.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112575327A (zh
Inventor
郑刚
唐华
付永忠
叶兴海
潘天红
滕成龙
杨龙祥
刘振
朱鑫达
赵荣河
邵玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhenjiang Silian Mechatronic Technology Co ltd
Original Assignee
Hefei Wanfeng Hydraulic Technology Co ltd
Zhenjiang Silian Mechatronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Wanfeng Hydraulic Technology Co ltd, Zhenjiang Silian Mechatronic Technology Co ltd filed Critical Hefei Wanfeng Hydraulic Technology Co ltd
Priority to CN202011420407.1A priority Critical patent/CN112575327B/zh
Publication of CN112575327A publication Critical patent/CN112575327A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112575327B publication Critical patent/CN112575327B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
    • C23C28/3215—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer at least one MCrAlX layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C23C4/073—Metallic material containing MCrAl or MCrAlY alloys, where M is nickel, cobalt or iron, with or without non-metal elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供了一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体，在阀体表面引入Si掺杂W2N层或Si掺杂的Mo2N层，以及WC和新型的高熵合金AlMoCrFeNi的多层复合涂层，结合了高温陶瓷与高熵合金的优点，通过Si掺杂和WC的颗粒强化分别增强了W2N层或Mo2N层、高熵合金AlMoCrFeNi的硬度和韧性，具有高硬度和高耐磨性。本发明所制备的涂层结构致密、均匀且具有高的硬度、高强度、高韧性、高耐磨性以及好的耐腐蚀性能，适用于阀体表面。

Description

一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及 阀体
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，具体属于表面强化处理技术领域，为一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体。
背景技术
阀体作为阀门的主要零件，其耐压、耐磨及耐腐蚀等性能对阀门的质量起到至关重要的作用。现行的阀体使用的材料种类繁多，其中高品质的工具钢、不锈钢及铝合金得因其耐磨和耐腐蚀而到了广泛的应用，不锈钢材质的阀体是当前市售阀门的主流产品。普通阀门在强腐蚀、有毒有害的工艺条件下，往往密封性能差，易泄漏，壳体易穿孔，使用寿命短，不能满足长期有效输送有毒介质的特殊要求。因此，探索和发展高耐磨耐腐的阀体材料与工艺是获得高质量或特种需求的阀门重要保障。
近年来，高硬度、高耐磨的涂层材料被广泛应用于基体材料的镀膜，从而进一步增强基体的性能，如二维材料、陶瓷及高熵合金等通过热喷涂、离子喷涂和激光熔覆等技术在基材表面形成复合涂层。Hong等人报道了一种层状2D结构的MoSi2N4薄膜的制备方法(Science369,670–674(2020))，其力学性能与稳定性要优于传统的二维陶瓷材料，为设计超高硬度、高耐磨复合涂层提供了全新思路。此外，高熵合金因其高强度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性而被广泛应用于金属涂层与薄膜，其制备方法与喷涂技术得到了长足的发展，中国发明专利申请CN111593248A、CN111549344A、CN111364040A及CN111593339A提供了高熵合金合成方法及多层涂层制备工艺，为设计和发展二维陶瓷材料与高熵合金的复合涂层提供的理论依据和技术保障，这些对阀体材料性能的提升具有极大的潜力。
发明内容
基于现有技术，本发明提供一种成本低廉、工艺简单及产率高的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其制备方法以及具有该复合涂层的阀体。在阀体表面引入Si掺杂W2N层或Si掺杂的Mo2N层、WC和高熵合金AlMoCrFeNi的多层复合涂层，以提高其表面的硬度和耐磨性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其特征在于，包括黏附于阀体表面、且交替层叠的Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层、WC-AlMoCrFeNi复合层，所述WC-AlMoCrFeNi复合层为分散有WC颗粒的高熵合金AlMoCrFeNi层，其中WC颗粒的质量百分含量为5-10％，其粒径为100-200目，余量为高熵合金AlMoCrFeNi。
进一步地，所述高熵合金AlMoCrFeNi中各元素的含量以原子百分含量计为：Al:18-22％，Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Ni:18-22％，其粒径为50-100目。
进一步地，包括如下步骤：
(1)将阀体基材进行磨光、除油、酸洗、喷砂处理；
(2)采用激光熔覆技术将W、Si粉末或Mo与Si的混合粉末在经步骤(1)处理后的阀体基材表面熔覆，熔覆后置于马弗炉中在700-850℃、惰性气体保护下保温15-30min，自然冷却至室温；再转入管式炉中于1000-1200℃、N2与NH3混合气体气氛下保温1-3h，得到Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层；
(3)将Al、Cr、Mo、Fe、Ni以近等摩尔比混合，得到多元混合粉末，在多元混合粉末内添加与WC颗粒进行球磨混合，得到含有WC的多元混合粉末；
(4)采用大气等离子喷涂技术将步骤(3)中制备的多元混合粉末喷涂在Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层表面，制备WC-AlMoCrFeNi复合层；离子喷涂后置于马弗炉中在350-500℃、惰性气体保护下保温15-30min，自然冷却至室温。
进一步地，还包括步骤(5)：重复步骤(2)-(4)一次或多次，得到多层层叠的复合涂层。
进一步地，步骤(1)的具体工艺如下：
磨光：采用100目—2000目砂纸逐级打磨至试样表面光亮、平整；
除油：将阀体基材置于酒精或丙酮中超声清洗除油；
酸洗：采用含5％氢氟酸、40％硝酸和55％去离子水的溶液去除基材表面的划痕与硬化层；
喷砂：喷砂磨料为棕刚玉，粒度为60-100目，喷砂时间为5-10s、喷砂距离30-60mm、气压0.5-1MPa。
进一步地，阀体材料为20Cr、45钢或GCr15；所述步骤(3)中多元混合粉末的球磨参数为：在转速60-120rpm下混合1-2h；保护气体为氮气或氩气。
进一步地，步骤(2)制备的Si掺杂的W2N涂层或Si掺杂的Mo2N层的厚度为50～150μm；步骤(4)制备的WC-AlMoCrFeNi复合层的厚度为40～100μm。
进一步地，步骤(2)中所述激光熔覆条件为：激光功率为1.5-2kW，保护气体为氩气，其流量为100-150mL/min，钨源为金属钨，硅源为单质硅，送粉方式为同轴送粉，离焦量为45-50mm，光斑尺寸为4-5mm，扫描速度为15-20mm/s，搭接率为50-75％，送粉量为20g/min；管式炉保温温度为1000-1200℃，保温时间3-5h。
进一步地，步骤(4)中，所述大气等离子喷涂时，所用燃气为丙烷，助燃气为氧气，送粉气为氮气，燃气气体流量为20-80mL/min，助燃气气体流量为200-400mL/min，送粉气气体流量为20-80mL/min。
具有所述的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层的阀体。
本发明所制备的高硬度、高耐磨复合涂层，利用二维陶瓷材料与高熵合金的高强度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性，在阀体表面引入Si掺杂W2N、WC和新型的高熵合金AlMoCrFeNi的多层复合涂层，在传统的W2N涂层、高熵合金涂层中分别掺杂了Si、WC，通过掺杂的方式进一步提高了两种涂层的硬度和韧性，从而提升耐磨性能。同时本发明所述涂层的制备方法，是采用激光熔覆的方式将单质硅与钨的混合粉末熔覆到基体表面，再以NH3作为氮源与熔覆的混合层中的W反应生成W2N，该制备过程使得硅在W2N中分散的更加均匀，不存在偏聚、分布不均匀的情况，提高了掺杂强化的效果。在WC-AlMoCrFeNi复合层的制备过程中，通过等离子喷涂的方式将两者的混合微末喷涂到硅掺杂的W2N层上，不仅提高了两个涂层间的结合强度，而且也能够使WC在高熵合金中的分布更加均匀。该复合涂层结合了高温陶瓷与高熵合金的优点，因而具有高硬度和高耐磨性，且适于制备结构致密、均匀且具有高的硬度，高强度，高韧性，高耐磨性以及好的耐腐蚀性能的涂层。本发明通过简单的涂层涂覆工艺在阀体表面形成了多层薄膜结构，其硬度及摩擦性能得到了有效的提升，较传统阀体提升了约10％，具有广泛实际应用前景。
另外，本发明制备过程，所有试剂均为商业产品，不需要再制备，工艺简单，成本低廉，生产工艺简单易控，产物差率高，适合大规模的工业生产。所制备的复合涂层的硬度和耐磨性能得到了大幅提升。
附图说明
图1为实施例1所制备的Si掺杂的W2N的TEM图。
图2为实施例1所制备的WC-AlMoCrFeNi复合层的金相图。
图3为基材与实施例1的摩擦实验后的磨痕SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1：
以20Cr阀体作为基材，在阀体表面制备高硬度、高耐磨复合涂层，具体步骤如下：
(1)以20Cr作为基材，采用100目、200目、500目、1500目砂纸逐级打磨至试样表面光亮、平整；再将20Cr基材置于酒精或丙酮中超声清洗除油，采用含5％氢氟酸、40％硝酸和55％去离子水的溶液去除基材表面的划痕与硬化层，然后进行表面喷砂处理，喷砂磨料为棕刚玉，粒度为60目，喷砂时间为5s、喷砂距离30mm、气压0.5MPa；得到表面光滑的20Cr基体。
(2)采用激光熔覆技术将W、Si混合粉末熔覆在经步骤(1)处理后的20Cr基材表面，激光功率为1.7kW，保护气体为氩气，流量为100mL/min，送粉方式为同轴送粉，光斑直径为2.5mm，正离焦量为5mm，扫描速度15mm/s，搭接率为50％，送粉量为15g/min。激光熔覆后将置于马弗炉中，在1000℃、N2与NH3混合气体气氛下保温1h，自然冷却至室温得到Si掺杂的W2N涂层。所制备的Si掺杂的W2N涂层的厚度为70μm。将上述样品进行TEM测试的TEM图如图1所示，可以观察到明显的层状结构。
(3)将纯度≥99.0％、粒度均小于100目的Cr、Mo、Fe、Al、Ni以近等摩尔比混合，其原子数含量分别为Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Al:18-22％，Ni:18-22％，同时加入WC颗粒，其纯度≥99.0％，粒度均小于200目，WC颗粒的加入量为Cr、Mo、Fe、Al、Ni混合粉末总质量的5％，并置于研磨罐中球磨混合1h，得到含有WC的多元混合粉末。
(4)采用大气等离子喷涂技术将步骤(3)中制备的含有WC的多元混合粉末喷涂在Si掺杂的W2N涂层表面，制备厚度为80μm的WC-AlMoCrFeNi复合层。喷涂条件：所用燃气为丙烷，燃气气体流量为35mL/min，助燃气为氧气，助燃气气体流量为150mL/min，送粉气为氮气，送粉气气体流量为40mL/min，喷涂距离为80mm，喷管长度为60mm。
对步骤(4)制备的WC-AlMoCrFeNi复合层进行了金相实验，如图2所示，复合层由不规则网格状组织构成，质量较好，没有孔洞、裂纹等缺陷。
实施例2：
(1)以45钢作为基材，采用150目、400目、1200目、2000目砂纸逐级打磨至试样表面光亮、平整；再将45钢基材置于酒精或丙酮中超声清洗除油，采用含5％氢氟酸、40％硝酸和55％去离子水的溶液去除基材表面的划痕与硬化层，然后进行表面喷砂处理，得到45钢基体。喷砂磨料为棕刚玉，粒度为80目，喷砂时间为70s、喷砂距离50mm、气压0.7MPa。
(2)将W、Si混合粉末通过激光熔覆的方法熔覆在45钢基体表面。激光功率为1.5kW，保护气体为氩气,流量为120mL/min，送粉方式为同轴送粉，光斑直径为2.5mm，正离焦量为5mmL/min，扫描速度18mm/s，搭接率为60％，送粉量为15g/min。熔覆后将工件置于马弗炉中，在800℃、N2与NH3混合气体气氛下保温2h，自然冷却至室温得Si掺杂的W2N涂层。所制备的Si掺杂的W2N涂层的厚度为120μm。
(3)将纯度≥99.0％，粒度均小于100目的Cr、Mo、Fe、Al、Ni以近等摩尔比混合，其原子数含量分别为Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Al:18-22％，Ni:18-22％，同时加入WC颗粒，其纯度≥99.0％，粒度均小于200目，WC颗粒的加入量为Cr、Mo、Fe、Al、Ni混合粉末总质量的8％，并置于研磨罐中球磨混合1h，并置于研磨罐中球磨混合1h，得到含有WC的多元混合粉末。
(4)采用大气等离子喷涂技术将步骤(3)中制备的含有WC的多元混合粉末喷涂在Si掺杂的W2N涂层表面，制备厚度为50μm的WC-AlMoCrFeNi复合层。喷涂条件：所用燃气为丙烷，燃气气体流量为20mL/min，助燃气为氧气，助燃气气体流量为300mL/min，送粉气为氮气，送粉气气体流量为20mL/min，喷涂距离为40mm，喷管长度为120mm。
实施例3：
(1)以GCr15作为基材，采用100目、200目、600目、1200目、2000目砂纸逐级打磨至试样表面光亮、平整；再将GCr15基材置于酒精或丙酮中超声清洗除油，采用含5％氢氟酸、40％硝酸和55％去离子水的溶液去除基材表面的划痕与硬化层，然后进行表面喷砂处理，得到GCr15基体。喷砂磨料为棕刚玉，粒度为100目，喷砂时间为10s、喷砂距离60mm、气压1MPa。
(2)采用激光熔覆技术将W、Si粉末熔覆在GCr15基体表面。激光功率为1.5kW，保护气体为氩气，流量为150mL/min，送粉方式为同轴送粉，光斑直径为2.5mm，正离焦量为5mmL/min，扫描速度20mm/s，搭接率为60％，送粉量为20g/min。熔覆后置于马弗炉中在850℃、N2与NH3混合气体气氛下保温3h，自然冷却至室温得Si掺杂的W2N涂层。所制备的Si掺杂的W2N涂层的厚度为140μm。
(3)将纯度≥99.0％，粒度均小于100目的Cr、Mo、Fe、Al、Ni以近等摩尔比混合，其原子数含量分别为Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Al:18-22％，Ni:18-22％，同时加入WC颗粒，其纯度≥99.0％，粒度均小于200目，WC颗粒的加入量为Cr、Mo、Fe、Al、Ni混合粉末总质量的5％，并置于研磨罐中球磨混合1h，并置于研磨罐中球磨混合2h，得到含有WC的多元混合粉末。
(4)采用大气等离子喷涂技术将(3)中制备的含有WC的多元混合粉末喷涂在Si掺杂的W2N涂层表面，制备厚度为90μm的WC-AlMoCrFeNi复合层。喷涂条件：所用燃气为丙烷，燃气气体流量为80mL/min，助燃气为氧气，助燃气气体流量为400mL/min，送粉气为氮气，送粉气气体流量为80mL/min，喷涂距离为120mm，喷管长度为200mm。
表1为上述三个实施例所制备的复合涂层的硬度以及基体材料的硬度，通过对比说明本发明所制备的复合涂层的硬度得到的很大程度的提高。
表1各实施例与对比例的硬度
Figure GDA0003860846740000051
采用美国CETR公司的UMT-2型多用途摩擦磨损测试仪测定上述实施例所制备的复合涂层的摩擦性能。摩擦实验过程采用球盘式摩擦的方式，上试样采用直径为10mm的440C不锈钢球，材料硬度HRC62；下试样为分别为本发明实施例1-3所制备的具有高硬度、高耐磨复合涂层的基体材料所制成的
Figure GDA0003860846740000062
圆盘。摩擦实验条件：载荷为10–30N，转速100rpm，实验时间1h。测试结果如表2所示，实验证明本发明所制备的复合涂层的摩擦系数更低，在同等条件下降低了磨损率，大大提高了基体的耐磨性能。此外，我们对实施例1制备的复合涂层经摩擦实验后磨痕进行SEM测试，并与20Cr基材的磨痕进行比较，如图3所示，其中(a)为20Cr基材的经摩擦试验所产生的磨痕，(b)为实施例1所制备复合涂层的经摩擦试验所产生的磨痕。很明显实施例1所制备复合涂层的经摩擦试验所产生的磨痕更浅，磨损更小，这与磨损率的数据相一致。
表2各实施例与对比例的摩擦性能
Figure GDA0003860846740000061
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其特征在于，包括黏附于阀体表面、且交替层叠的Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层、WC-AlMoCrFeNi复合层，所述WC-AlMoCrFeNi复合层为分散有WC颗粒的高熵合金AlMoCrFeNi层，其中WC颗粒的质量百分含量为5-10％，其粒径为100-200目，余量为高熵合金AlMoCrFeNi。
2.根据权利要求1所述的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其特征在于，所述高熵合金AlMoCrFeNi中各元素的含量以原子百分含量计为：Al:18-22％，Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Ni:18-22％，其粒径为50-100目。
3.根据权利要求1所述的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将阀体基材进行磨光、除油、酸洗、喷砂处理；
(2)采用激光熔覆技术将W与Si的混合粉末或Mo与Si的混合粉末熔覆在经步骤(1)处理后的阀体基材表面，熔覆后置于马弗炉中在700-850℃、惰性气体保护下保温15-30min，自然冷却至室温；再转入管式炉中于1000-1200℃、N2与NH3混合气体气氛下保温1-3h，得到Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层；
(3)将Al、Cr、Mo、Fe、Ni以近等摩尔比混合，得到多元混合粉末，在多元混合粉末内添加与WC颗粒进行球磨混合，得到含有WC的多元混合粉末；
(4)采用大气等离子喷涂技术将步骤(3)中制备的多元混合粉末喷涂在Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层表面，制备WC-AlMoCrFeNi复合层；离子喷涂后置于马弗炉中在350-500℃、惰性气体保护下保温15-30min，自然冷却至室温；
(5)重复步骤(2)-(4)一次或多次，得到多层层叠的复合涂层。
4.根据权利要求3所述的高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)的具体工艺如下：
磨光：采用100目—2000目砂纸逐级打磨至试样表面光亮、平整；
除油：将阀体基材置于酒精或丙酮中超声清洗除油；
酸洗：采用含5％氢氟酸、40％硝酸和55％去离子水的溶液去除基材表面的划痕与硬化层；
喷砂：喷砂磨料为棕刚玉，粒度为60-100目，喷砂时间为5-10s、喷砂距离30-60mm、气压0.5-1MPa。
5.根据权利要求3所述的高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，阀体材料为20Cr、45钢或GCr15；所述步骤(3)中多元混合粉末的球磨参数为：在转速60-120rpm下混合1-2h；保护气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求3所述的高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)制备的Si掺杂的W2N层或Si掺杂的Mo2N层的厚度为50～150μm；步骤(4)制备的WC-AlMoCrFeNi复合层的厚度为40～100μm。
7.根据权利要求3所述的高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述激光熔覆条件为：激光功率为1.5-2kW，保护气体为氩气，其流量为100-150mL/min，送粉方式为同轴送粉，离焦量为45-50mm，光斑尺寸为4-5mm，扫描速度为15-20mm/s，搭接率为50-75％，送粉量为20g/min；管式炉保温温度为1000-1200℃，保温时间3-5h。
8.根据权利要求3所述高硬度、高耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述大气等离子喷涂时，所用燃气为丙烷，助燃气为氧气，送粉气为氮气，燃气气体流量为20-80mL/min，助燃气气体流量为200-400mL/min，送粉气气体流量为20-80mL/min。
9.具有权利要求1或2所述的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层的阀体。
CN202011420407.1A 2020-12-08 2020-12-08 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体 Active CN112575327B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011420407.1A CN112575327B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011420407.1A CN112575327B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112575327A CN112575327A (zh) 2021-03-30
CN112575327B true CN112575327B (zh) 2022-11-18

Family

ID=75127898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011420407.1A Active CN112575327B (zh) 2020-12-08 2020-12-08 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112575327B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113215466B (zh) * 2021-03-31 2022-03-18 中国核动力研究设计院 一种AlFeNiCrMo高熵合金、制备方法及其应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106894016A (zh) * 2017-02-27 2017-06-27 辽宁工程技术大学 氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法
CN109972134A (zh) * 2019-03-08 2019-07-05 广东工业大学 一种在高锰钢表面制备FeCoNiCrMn高熵合金涂层的方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6242108B1 (en) * 1998-07-02 2001-06-05 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Abrasion resistant coating and method of making the same
CN202768994U (zh) * 2012-09-28 2013-03-06 温州大学 一种阀门的耐腐蚀防护涂层结构
CN105463443B (zh) * 2015-12-04 2018-06-12 山东开泰抛丸机械股份有限公司 一种海洋钻井平台耐腐涂层制备方法
CN105862035A (zh) * 2016-06-25 2016-08-17 芜湖三刀材料科技有限公司 一种高熵合金涂层及制备方法
US20180022929A1 (en) * 2016-07-20 2018-01-25 Guardian Glass, LLC Coated article supporting high-entropy nitride and/or oxide thin film inclusive coating, and/or method of making the same
US11098403B2 (en) * 2017-02-07 2021-08-24 City University Of Hong Kong High entropy alloy thin film coating and method for preparing the same
CN107142475A (zh) * 2017-04-22 2017-09-08 南京工程学院 一种激光熔敷用TiC增强新型AlFeCrCoNiTi合金基复合材料涂层及制备方法
CN108220880B (zh) * 2018-01-30 2019-11-15 上海新弧源涂层技术有限公司 一种高硬度高耐蚀性高熵合金氮化物涂层及其制备方法
CN111593248A (zh) * 2019-02-21 2020-08-28 中国科学院理化技术研究所 高熵合金及其制备、包括该合金的涂层及制备
CN109930053B (zh) * 2019-03-30 2022-02-01 扬州睿德石油机械有限公司 一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法
CN110205178A (zh) * 2019-06-05 2019-09-06 镇江市高等专科学校 金属钛改性二硒化钨纳米润滑材料、其制备方法及其用途
CN110331398B (zh) * 2019-07-22 2022-02-01 中南大学 一种高熵合金复合大颗粒碳化钨的复合涂层及其制备方法和应用
CN111593339B (zh) * 2020-04-21 2022-06-24 上海工程技术大学 含有纳米碳化钽的多层高熵合金激光熔覆层及其制备方法
CN111364040B (zh) * 2020-05-13 2022-04-05 南京工程学院 一种高硬度高熵合金涂层及其制备方法和应用
CN111441052B (zh) * 2020-05-20 2020-11-20 南京工程学院 原位合成多元陶瓷增强涂层及其制备方法和应用
CN111549344A (zh) * 2020-06-29 2020-08-18 中天上材增材制造有限公司 一种用于激光熔覆的镍基合金粉末

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106894016A (zh) * 2017-02-27 2017-06-27 辽宁工程技术大学 氩弧熔覆碳化钛增强的高熵合金基复合涂层及其制备方法
CN109972134A (zh) * 2019-03-08 2019-07-05 广东工业大学 一种在高锰钢表面制备FeCoNiCrMn高熵合金涂层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112575327A (zh) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107236331B (zh) 耐高温腐蚀涂料及其制备方法以及耐高温腐蚀涂层及其制备方法
CN111270234B (zh) 一种在钛合金表面制备钛铝增强涂层的方法
CN113832461B (zh) 激光熔覆用镍基合金粉末、陶瓷颗粒增强复合粉末及应用
CN110629153B (zh) 一种石墨烯纳米片/非晶铁基复合涂层的制备方法
CN115233137B (zh) 低摩擦的超音速火焰喷涂耐磨涂层材料、制备方法及应用
CN112575327B (zh) 一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体
CN112899604A (zh) 一种高温防护用NiCrBSi-ZrB2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法
CN111575629B (zh) 一种防腐复合层及用途、以及防腐复合内衬层的制备方法
CN112342485A (zh) 一种水工机械抗空蚀复合涂层及制备方法
JP2006274326A (ja) Ｔｉ皮膜の形成方法
CN114411145A (zh) 减少高温服役下不锈钢表面熔覆涂层裂纹的方法
CN112626442A (zh) 一种耐高温氧化、耐腐蚀的涂层及其制备方法
CN111926284B (zh) 一种蒸汽轮机高中压内缸抗蒸汽氧化涂层及其制备方法
CN110819931B (zh) 一种粉芯焊丝及其制备方法和应用、多孔涂层及其制备方法
CN111485191B (zh) 用于等离子喷涂的复合涂层粉末及其制备方法和应用、非晶复合涂层及其制备方法
CN112626515A (zh) 一种提高Inconel625镍基粉末激光熔覆层性能的方法
CN113774309B (zh) 一种复合粉体的制备方法、动摩擦密封涂层及制备方法
CN102071388A (zh) 一种制备镁锂合金防腐涂层的方法
CN111411318B (zh) 一种钛合金轴类件及其制备方法和应用
CN112281106A (zh) 一种掺加石墨烯纳米片纳米氧化铝涂层的制备方法
CN111187554A (zh) 一种大口径耐高温热力钢管的防腐涂料及喷涂方法
CN110872712A (zh) 一种sa106b管材内壁锌铝耐蚀涂层制备及测试方法
CN109503170A (zh) 一种碳化硅复合材料及其制备方法
CN112342484B (zh) 锅炉尾部受热面用梯度涂层及其制备方法
CN117020225A (zh) 一种热力管道表面梯度复合涂层的增材制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230824

Address after: 212000 building 26, No. 99, dingmaojing 15th Road, Zhenjiang New District, Jiangsu Province

Patentee after: ZHENJIANG SILIAN MECHATRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 212000 building 26, No. 99, dingmaojing 15th Road, Zhenjiang New District, Jiangsu Province

Patentee before: ZHENJIANG SILIAN MECHATRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee before: Hefei Wanfeng Hydraulic Technology Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right