一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术为一种TiC/Co‑Ni合金复合涂层的制备方法。该方法包括以下步骤：步骤1、对基体试样表面进行粗糙化处理；步骤2、通过喷雾造粒法将Ti粉和C粉制成Ti‑C复合团聚粉；步骤3、将Ti‑C团聚复合粉与Co‑Ni合金粉通过机械混合，得到原始喂料喷涂粉体；步骤4、在基体试样的表面先喷NiCrAlY自熔性合金粉，得到厚度为90～120的粘结底层；步骤5、将原始喂料复合粉体加入到等离子喷涂设备中，然后采用等离子喷涂法，喷涂到底层表面，得到TiC/Co‑Ni合金复合涂层。本发明专利技术通过反应生成具有高硬度、高熔点和耐磨损的的TiC相作为第二增强相，解决了TiC分布不均匀，润湿性差，结合界面易受污染的等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法
本专利技术涉及一种等离子喷涂涂层的制备方法，尤其涉及一种具有高硬度和高耐磨性的等离子喷涂涂层及其制备方法。
技术介绍
TiC作为一种高硬度、高熔点和耐磨损的的材料，同时还具备一定的韧性，这使其成为一种优异的硬质材料。与传统WC相比，其比重小，且具有较高的高温抗氧化性，在1100℃下也不易分解，这都可以表示其具有杰出的热稳定性。由于钴基自熔性合金具有耐磨、耐蚀、耐高温等优良的性能，而得到了研究工作者的关注，被广泛应用于制备耐磨涂层。目前研究工作者尝试将TiC硬质相加入Co-Ni自熔合金中进一步提高材料耐热等性能，获得性能良好的复合涂层。目前制备TiC/Co-Ni合金相关材料通常采用烧结法或气相沉积和激光熔覆等表面处理方法。烧结法很难适用于制备复杂结构件，并且外加陶瓷TiC相，使制备工艺变得复杂，制备的条件也需严格要求，相界面容易污染，并且不利于相之间的结合，而导致材料的致密性降低。气相沉积等表面方法存在沉积效率低，厚度过薄，与基体结合不良，不适用于制备复杂结构件等缺点，难以应用于高载荷、高磨损的服役条件，从而限制了相关材料的应用。等离子喷涂具有工艺简单、灵活方便、工件无需重新设计等特点。反应等离子喷涂是集等离子喷涂和自蔓延技术与一体的新型热喷涂技术，具有高的沉积效率，较低的生产成本，且适用于各种尺寸的零部件。以TiC陶瓷颗粒与Co基粉体制备成适于喷涂的复合粉，采用等离子喷涂技术制备Co基TiC金属陶瓷涂层(曹将栋,刘伟.等离子喷涂制备Co基TiC金属陶瓷涂层的微观形貌及耐高温腐蚀性能[J].腐蚀与防护,2017,38(6):416-419.)。当涂层中的TiC含量高时容易出现团聚现象，同时由于TiC陶瓷颗粒的熔点较高，在焰流中停留时间较短，不能完全溶解，从而使涂层的性能得不到充分发挥。
技术实现思路
本专利技术的技术目的在于针对上述等离子喷涂涂层的不足，提供一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法。该方法通过喷雾造粒方法获得Ti-C团聚复合粉，将其与Co-Ni合金粉通过机械混合方法将两种粉体充分混合，并利用等离子喷涂技术进行喷涂。本专利技术利用微米级钛粉与廉价的石墨粉之间的自蔓延反应生成具有高硬度、高熔点和耐磨损的的TiC相作为第二增强相，解决了TiC分布不均匀，润湿性差，结合界面易受污染等问题。反应等离子喷涂制备的TiC/Co-Ni合金复合涂层，具有较高的硬度以及耐磨性能，从而克服单一Co-Ni合金涂层硬度与耐磨性能较低的缺点，使复合涂层能够应用于高速、高载荷条件下的磨损。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1、对基体试样表面进行粗糙化处理；步骤2、通过喷雾造粒法将Ti粉和C粉制成Ti-C复合团聚粉，其粒径为50～80μm；其中，Ti粉粒径为20～60μm，C粉粒径为1～5μm，Ti-C复合团聚粉中Ti与C质量比为6～4:1，所述C为石墨；步骤3、将Ti-C团聚复合粉与Co-Ni合金粉通过机械混合，得到原始喷涂喂料粉体；其中Ti-C团聚复合粉的质量为喷涂喂料复合粉质量的5％～25％；步骤4、在基体试样的表面喷涂NiCrAlY自熔性合金粉，得到厚度为90～120的粘结底层；步骤5、将原始喂料复合粉体加入到等离子喷涂设备中，然后采用等离子喷涂法，喷涂到底层表面，得到TiC/Co-Ni合金复合涂层，涂层厚度为260～350μm；其中喷涂参数设置为：工作电流450～500A；电弧电压55～75V；氩气流量20～40L/min，压力0.6～0.8MPa；氢气流量4～8L/min，压力0.6～0.8MPa；送粉速率2～5L/min；喷涂距离80～120mm；喷涂角度90°；其中氩气作为保护气与送粉气，氢气作为副离子气。所述的步骤1中粗糙化处理方法为喷砂、砂纸打磨或机械加工粗化。所述的步骤1中基体为碳钢、不锈钢或耐热钢。所述的步骤3中Co-Ni合金粉为Ni-Cr-Co-Mo合金粉，粉的粒径为150目～350目，即该粉末的粒径为38μm～74μm。所述的步骤4中NiCrAlY自熔性合金粉的粒径为150目～350目，即该粉末的粒径为38μm～74μm。本专利技术通过上述过程制备的TiC/Co-Ni合金复合涂层，利用Ti粉与石墨粉之间的自蔓延反应生成具有高硬度、高熔点和耐磨损的TiC相，并均匀的分布在复合涂层中，获得结构和性能稳定的TiC/Co-Ni合金复合涂层。本专利技术的有益效果是:(1)通过喷雾造粒工艺将廉价的石墨粉与Ti粉团聚为流动性好的球形Ti-C复合团聚粉，其中石墨粉的原始粒径为10000目，Ti粉的原始粒径为500目，Ti-C复合团聚粉中Ti与C质量比为4:1。(2)通过机械混合将喷雾造粒的到的球形Ti-C复合团聚粉与Co-Ni合金分充分混合，得到混合均匀的喷涂喂料复合粉，Ti-C复合团聚粉的质量分别为喷涂喂料复合粉质量的5％～25％。(3)等离子喷涂过程中利用送粉器将混合均匀的喷涂喂料复合粉送入到等离子焰流中，沉积到粘结层时喷涂喂料复合粉中的Ti粉与石墨粉之间发生自蔓延反应生成了TiC，获得了组织结构致密的TiC/Co-Ni合金复合涂层。(4)本专利技术通过上述过程制备的复合涂层的主相为Ni-Cr-Co-Mo和TiC，TiC均匀的分布在复合涂层中，提高了复合涂层的硬度和耐磨性。与单一的Co-Ni合金涂层相比，此方法制备的TiC/Co-Ni合金复合涂层得显微硬度有明显的提高，单一的Co-Ni合金涂层表面平均显微硬度为667.03Hv0.2，而复合涂层的平均显微硬度为855.8Hv0.2。在相同摩擦实验后单一的Co-Ni合金涂层的平均磨损量为0.3694mm3,而复合涂层的平均磨损量降低为0.109mm3，即磨损量降低了70％左右，耐磨性得到显著提高。(5)本专利技术利用反应等离子喷涂制备的TiC/Co-Ni合金复合涂层与单一的Co-Ni合金涂层相比，其硬度与耐磨性都有显著的提高，适用于磨损、高温环境条件下，例如钻头、切削刀具、磨具等机械、汽车制造和航空航天等领域，其应用前景较为广泛。附图说明图1是本专利技术实施例1中45#钢基体表面TiC/Co-Ni合金复合涂层的SEM图；图2是本专利技术实施例1中45#钢基体表面TiC/Co-Ni合金复合涂层的XRD图谱；图3是本专利技术实施例1中45#钢基体表面TiC/Co-Ni合金复合涂层的平均显微硬度图；图4是本专利技术实施例1中45#钢基体表面TiC/Co-Ni合金复合涂层摩擦系数图；图5是本专利技术实施例1中45#钢基体表面TiC/Co-Ni合金复合涂层平均磨损体积图。具体实施方式下面结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。本专利技术涉及的Co-Ni合金粉为Ni-Cr-Co-Mo合金粉，粉的粒径为150目～350目，即该粉末的粒径在38μm～74μm。Ni-Cr-Co-Mo合金粉的化学成分为(质量分数)：25％Ni，30％Cr，35％Co，余量为Mo。本专利技术涉及的NiCrAlY自熔性合金粉的粒径为150目～350目，即该粉末的粒径在38μm～74μm。NiCrAlY自熔性合金粉的化学成分为(质量分数)：72％Ni，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiC/Co‑Ni合金复合涂层的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤1、对基体试样表面进行粗糙化处理；步骤2、通过喷雾造粒法将Ti粉和C粉制成Ti‑C复合团聚粉，其粒径为50~80μm；其中，Ti粉粒径为20~60μm，C粉粒径为1~5μm，Ti‑C复合团聚粉中Ti与C质量比为6~4:1，所述C为石墨；步骤3、将Ti‑C团聚复合粉与Co‑Ni合金粉通过机械混合，得到喷涂喂料复合粉；其中Ti‑C团聚复合粉的质量为喷涂喂料复合粉的质量的5%~25%；步骤4、在基体试样的表面喷涂NiCrAlY自熔性合金粉，得到厚度为90~120的粘结底层；步骤5、将原始喂料复合粉体加入到等离子喷涂设备中，然后采用等离子喷涂法，喷涂到底层表面，得到TiC/Co‑Ni合金复合涂层，涂层厚度为260~350μm；其中喷涂参数设置为：工作电流450~500A；电弧电压55~75V；氩气流量20~40L/min，压力0.6~0.8MPa；氢气流量4~8L/min，压力0.6~0.8MPa；送粉速率2~5L/min；喷涂距离80~120mm；喷涂角度90°；其中氩气作为保护气与送粉气，氢气作为副离子气。

【技术特征摘要】
1.一种TiC/Co-Ni合金复合涂层的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤1、对基体试样表面进行粗糙化处理；步骤2、通过喷雾造粒法将Ti粉和C粉制成Ti-C复合团聚粉，其粒径为50~80μm；其中，Ti粉粒径为20~60μm，C粉粒径为1~5μm，Ti-C复合团聚粉中Ti与C质量比为6~4:1，所述C为石墨；步骤3、将Ti-C团聚复合粉与Co-Ni合金粉通过机械混合，得到喷涂喂料复合粉；其中Ti-C团聚复合粉的质量为喷涂喂料复合粉的质量的5%~25%；步骤4、在基体试样的表面喷涂NiCrAlY自熔性合金粉，得到厚度为90~120的粘结底层；步骤5、将原始喂料复合粉体加入到等离子喷涂设备中，然后采用等离子喷涂法，喷涂到底层表面，得到TiC/Co-Ni合金复合涂层，涂层厚度为260~350μm；其中喷涂参数设置为：工作电流450~500A；电弧电压55~75V...

【专利技术属性】
技术研发人员：何继宁，付冠亚，秦艳芳，朱玲艳，郑高峰，焦琪，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12