一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法，該粉末按質(zhì)量百分比由組分Fe為29～32％、B為3～5％、Si為5～7％，Nb為7～9％，C為1～3％，余量為Ni組成。制備方法是將配好的原材料預(yù)熱后裝入電爐中熔化，待溫度升至1450～1550℃時加入脫氧劑，排氣、清渣，攪拌后靜置3～5分鐘出爐，得到合金液；再將合金液注入制粉裝置中，在惰性氣體保護(hù)下或者真空狀態(tài)下霧化合金，將合金制備成100～300目粉。本發(fā)明制備的鎳基非晶復(fù)合涂層具有高于傳統(tǒng)鎳基非晶涂層的硬度值，涂層具有良好的力學(xué)和摩擦學(xué)性能，在對摩擦學(xué)性能有較高要求的關(guān)鍵機(jī)械零部件上具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于金屬材料表面涂層的材料及制備方法，更具體是涉及一種用于制備NbC顆粒增強(qiáng)鎳基非晶復(fù)合涂層的合金粉末及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光非晶化技術(shù)是用連續(xù)激光對待加工零部件表面進(jìn)行均勻掃描，使零部件表面形成一定厚度的非晶組織，可大大提高其表面硬度、耐蝕及耐磨性能，在材料表面改性領(lǐng)域具有十分巨大的潛在應(yīng)用價值，目前受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視，是表面工程【技術(shù)領(lǐng)域】研究的熱點之一。Ni基合金由于和基體(碳鋼或不銹鋼等)滿足包括熱膨脹系數(shù)和熔點相近及潤濕性好等激光熔覆材料成分的設(shè)計原則，并且所得涂層一般具有良好的韌性、耐沖擊性、耐蝕性、抗氧化性、高溫自潤滑作用和適中的價格，更適于激光熔覆制備非晶涂層，因此，近年來國內(nèi)外學(xué)者多側(cè)重于這些合金體系開展研究。然而由于鎳基合金的特點，所得涂層的硬度一般較低。例如，西北工業(yè)大學(xué)李金山等采用激光熔覆方式制備了N1-Zr-T1-S1-Sn-Nb非晶涂層，其顯微硬度最大值為828HV，大連理工大學(xué)王存山等采用N1-Zr-Al粉末在鎂合金表面制備了鎳基非晶涂層，其顯微硬度最大值為930HV。于2013年6月26日中國知識產(chǎn)權(quán)局公開的《一種用于高速電弧噴涂制備NiCrBMoSiFe-Ni/C非晶納米晶自潤滑減摩涂層的粉芯絲材》制備的涂層硬度約為600HV。而于2010年8月6日公開的《鐵基非晶納米晶涂層的激光制備方法》中的鐵基非晶納米晶的顯微硬度值最高可達(dá)到1380HV。因此可以看出鎳基涂層的硬度和鐵基非晶涂層的硬度還有一定的差距，低的硬度降低了涂層的耐磨性能，也限制了鎳基涂層的具體應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，主要針對激光熔覆鎳基非晶涂層硬度相對較低的問題，提供一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末及其制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過合金成分設(shè)計，在非晶基體中引入NbC顆粒相，以鎳、鐵、硼、硅、鈮和碳等單質(zhì)混合并在氬氣保護(hù)下霧化成非晶合金粉末，利用激光加工方法獲得致密的NbC顆粒相增強(qiáng)鎳基非晶復(fù)合涂層。從而進(jìn)一步提高涂層的硬度，改善涂層的摩擦學(xué)性能，并且實現(xiàn)對NbC顆粒相含量的初步控制。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)目的所采取的技術(shù)方案是:
[0006]一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，按質(zhì)量百分比由組分Fe為29~32%、B為3~5%、Si為5~7%，Nb為7~9%，C為I~3%，余量為Ni組成，總質(zhì)量比為100%。 [0007]上述所述粉末的粒度為100~300目。
[0008]上述所述粉末為球形、近球形或類球形。[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實現(xiàn)目的所采取的另一個技術(shù)方案是:
[0010]本發(fā)明的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末的制備方法，包括如下步驟:
[0011]1、將配好的原材料預(yù)熱后裝入電爐中熔化，待溫度升至1450~1550°C時加入脫氧劑，排氣、清渣，攪拌后靜置3~5分鐘出爐，得到合金液；
[0012]2、將合金液注入制粉裝置中，在惰性氣體保護(hù)下或者真空狀態(tài)下霧化合金，將合金制備成100~300目粉末。
[0013]其中，所述惰性氣體為氬氣。
[0014]本發(fā)明的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末采用激光熔覆制備法或激光重熔制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層。
[0015]其中，所述的激光熔覆制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層的方法是:將合金粉末在氬氣保護(hù)下通過同軸送粉器送入激光光束下方熔化，在基材表面凝固形成熔覆層。激光功率為800W，光斑為3.3mmX 2mm的長方形，激光掃描速度為0.36m/min,送粉量為12g/min，保護(hù)氣流量為12L/min。
[0016]所述激光重熔制備法制備鎳基非晶復(fù)合涂層的方法是:在熔覆層獲得良好成形的基礎(chǔ)上(熔覆層具有一定的高度并且其稀釋率較低)，對所得熔覆涂層在氬氣保護(hù)下進(jìn)行激光重熔，重熔時為獲得較深的重熔層深度和重熔后液態(tài)合金的冷卻速度。在重熔時，選用的激光功率為3500W，氬氣保護(hù)氣流量為15L/min，重熔時激光掃描速度為8m/min。
[0017]通過上述方法制備得到的NbC顆粒相增強(qiáng)鎳基非晶復(fù)合涂層具有較高的非晶體積含量，微觀結(jié)構(gòu)由非晶基體和NbC晶體相組成，涂層硬度較高，達(dá)到1272HVa5~1313HV0.5,并且涂層NbC相顆粒的體積含量隨Nb元素和C元素的增加而增加。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點和有益效果在于:
[0019]1、經(jīng)氬氣霧化所得粉末為球狀、近球形或類球形，有利于激光熔覆過程中的送粉過程；
[0020]2、制備的涂層除了具有非晶相外，還存在一定體積含量的NbC相，因此涂層有較高的顯微硬度，達(dá)到1272HVa5~1313HVa5，提高了涂層的摩擦學(xué)性能；
[0021]3、本發(fā)明粉末的應(yīng)用范圍廣，通過合理的工藝調(diào)整，可適用于等離子噴涂等其它非晶復(fù)合涂層的制備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例1中制備的鎳基合金粉末形狀；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例1中制備的涂層截面的掃描電鏡像；
[0024]圖3為本發(fā)明實施例1中制備的涂層截面的透射電鏡像；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例1中制備的鎳基涂層的掃描電鏡像；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例3中制備的鎳基涂層的掃描電鏡像。
【具體實施方式】
[0027] 為充分、清楚地了解本發(fā)明的目的、特征和效果，以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下屬的實施例。
[0028]實施例1
[0029]一、質(zhì)量百分比含量配方
[0030]一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，按質(zhì)量百分比由30.4%的Fe、
3.0 %的B、6.1 %的Si，7.3 %的Nb，1.4 %的C，余量為Ni組成，組分總質(zhì)量比為100 %。
[0031]二、制備方法
[0032]1、將配好的原材料預(yù)熱后裝入電爐中熔化，待溫度升至1450~1550°C時加入脫氧劑，排氣、清渣，攪拌后靜置3~5分鐘出爐，得到合金液；
[0033]2、將合金液注入制粉裝置中，在氬氣保護(hù)下或者真空狀態(tài)下霧化合金，將合金制備成100~300目粉末。
[0034]三、有益效果
[0035]經(jīng)霧化以后所得粉末的微觀形貌如圖1所示，由圖1可知，其所得粉末粒度比較均勻，并且絕大部分都為球狀，這樣可保證激光熔覆送粉時的流動性，粉末的粒度為100目~300 目。 [0036]四、涂層的制備方法
[0037]先用激光熔覆在低碳鋼表面上制備鎳基合金激光熔覆涂層，然后對涂層表面進(jìn)行激光快速重熔處理。激光熔覆參數(shù)為:激光功率為800W，激光掃描速度為0.36m/min，送粉量為12g/min，保護(hù)氣流量為15L/min。激光重熔時的參數(shù)為:激光功率為3500W，重熔時激光掃描速度為8m/min，保護(hù)氣流量為12L/min。
[0038]圖2為所得激光重熔層截面的顯微組織掃面電鏡照片，圖中在灰色的基體上彌散分布著一定數(shù)量的白色顆粒相，其中基體為非晶相，顆粒為NbC相。圖3為重熔層截面的透射電鏡圖，可以發(fā)現(xiàn)形成的顆粒在微觀上為方塊狀，經(jīng)對基體和顆粒相分別進(jìn)行衍射分析，發(fā)現(xiàn)分別為非晶相和NbC顆粒相。對照片中顆粒所占面積計算可得，涂層中NbC顆粒的體積含量約為2%。證明在激光重熔層內(nèi)獲得了具有NbC顆粒相增強(qiáng)的非晶復(fù)合組織。采用顯微硬度儀對涂層的硬度進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)其顯微硬度平均值為1272HVa5，此硬度值超過了無NbC顆粒相的鎳基非晶涂層的硬度值，可有力提高非晶涂層的摩擦學(xué)性能。
[0039]實施例2
[0040]一、按質(zhì)量百分比含量配方
[0041]一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，按質(zhì)量百分比由29.8%的Fe、
3.8%的B、6.6%的Si，7.9%的Nb，2.2%的C，余量為Ni組成，組分總質(zhì)量比為100%。
[0042]二、制備方法同實施例1。
[0043]三、有益效果
[0044]經(jīng)霧化以后所得粉末的粒度為100~300目。
[0045]四、涂層的制備方法
[0046]先用半導(dǎo)體激光熔覆在低碳鋼表面上制備鎳基合金激光熔覆涂層，然后對涂層表面進(jìn)行激光快速重熔處理。激光熔覆參數(shù)為:激光功率為800W，激光掃描速度為0.36m/min，送粉量為12g/min，保護(hù)氣流量為15L/min。激光重熔時的參數(shù)為:激光功率為3500W，重熔時激光掃描速度為8m/min，保護(hù)氣流量為12L/min。
[0047]圖4為所得激光重熔層的截面顯微組織掃描電鏡照片，圖中在灰色的基體上彌散分布著一定數(shù)量的白色顆粒相，其中基體為非晶相，顆粒為NbC相。對照片中顆粒所占面積計算可得，涂層中NbC顆粒的體積含量約為2.2%。采用顯微硬度儀對涂層的硬度進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)其顯微硬度的平均值為1294HVa5，此硬度值超過了無NbC顆粒相的鎳基非晶涂層的硬度值，可有力提高非晶涂層的摩擦學(xué)性能。
[0048]實施例3
[0049]一、按質(zhì)量百分比含量配方
[0050]一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，按質(zhì)量百分比由31.8%的Fe、4.6%的B、6.8%的Si，8.4%的Nb，2.8%的C，余量為Ni組成，組分總質(zhì)量比為100%。
[0051]二、制備方法同實施例1。
[0052]三、有益效果
[0053]經(jīng)霧化以后所得粉末的粒度為100~300目。
[0054]四、涂層的制備方法
[0055]先用半導(dǎo)體激光熔覆在低碳鋼表面上制備鎳基合金激光熔覆涂層，然后對涂層表面進(jìn)行激光快速重熔處理。激光熔覆參數(shù)為:激光功率為800W，激光掃描速度為0.36m/min，送粉量為12g/min，保護(hù)氣流量為15L/min。激光重熔時的參數(shù)為:激光功率為3500W，重熔時激光掃描速度 為8m/min，保護(hù)氣流量為12L/min。
[0056]圖5為所得激光重熔層截面的顯微組織掃面電鏡照片，圖中在灰色的基體上彌散分布著一定數(shù)量的白色顆粒相，其中基體為非晶相，顆粒為NbC相。證明在激光重熔層內(nèi)獲得了具有非晶相和NbC顆粒相共存的非晶復(fù)合組織。對照片中顆粒所占面積計算可得，涂層中NbC顆粒的體積含量約為2.3%。采用顯微硬度儀對涂層的硬度進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)其顯微硬度的平均值為1313HVa5，此硬度值超過了無NbC顆粒相的鎳基非晶涂層的硬度值，可有力提高非晶涂層的摩擦學(xué)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，其特征在于，按質(zhì)量百分比由組分Fe為29~32%、B為3~5%、Si為5~7%，Nb為7~9%，C為I~3%，余量為Ni組成，總質(zhì)量比為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，其特征在于，所述粉末的粒度為100目~300目。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末，其特征在于，所述粉末為球形、近球形或類球形。
4.一種如權(quán)利要求1~3任一所述的用于制備鎳基非晶復(fù)合涂層的鎳基合金粉末的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將配好的原材料預(yù)熱后裝入電爐中熔化，待溫度升至1450~1550°C時加入脫氧劑，排氣、清渣，攪拌后靜置3~5分鐘出爐，得到合金液； (2)將合金液注入制粉裝置中，在惰性氣體保護(hù)下或者真空狀態(tài)下霧化合金，將合金制備成100~300目粉末。
5.根據(jù)權(quán)利 要求書4所述的鎳基合金粉末的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為IS氣。
【文檔編號】C22C19/03GK103993201SQ201410186725
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】李瑞峰, 金亞娟, 祁凱, 劉彬 申請人:江蘇科技大學(xué)