一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，它涉及材料表面工程领域。该方法的特点是：首先，对镍粉、铝粉按比例压制预制坯；接着，用砂纸打磨基体表面；最后，用高频感应辅助自蔓延方法将基体和涂层预热并点燃自蔓延反应获得NiAl金属间化合物涂层。本发明专利技术工艺简单、加热效率高、成本低，获得涂层光滑、致密、气孔率低、结合强度高。可以广泛应用在工模具及结构零部件等表面处理和再制造，提高它们的寿命。

A High Frequency Induction Assisted Self-propagating NiAl Intermetallic Compound Coating

The invention discloses a preparation method of high frequency induction assisted self-propagating NiAl intermetallic compound coating, which relates to the field of material surface engineering. The characteristics of the method are as follows: firstly, nickel powder and aluminium powder are pressed in proportion to the preform; secondly, the surface of the matrix is polished with sandpaper; finally, the matrix and the coating are preheated by high frequency induction assisted self-propagating method and ignited by self-propagating reaction to obtain the NiAl intermetallic compound coating. The invention has the advantages of simple process, high heating efficiency, low cost, smooth, compact coating, low porosity and high bonding strength. It can be widely used in surface treatment and remanufacturing of tools, dies and structural parts to improve their life.

【技术实现步骤摘要】
一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法
本专利技术涉及材料表面工程领域，具体涉及一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法。
技术介绍
NiAl系金属间化合物具有熔点高、硬度高、比重轻、热导率高、高的抗氧化性和高温稳定性以及良好的抗冷热疲劳性能。NiAl系金属间化合物，有望取代现有的镍基及铁基高温合金，应用于更高的温度和更恶劣的环境中。为了改善钢铁的高温性能，常常在其表面涂覆一层NiAl系金属化合物涂层。在制备NiAl系金属化合物涂层的表面工程技术中，自蔓延高温合成(SHS)技术是一种快速、简单、经济且界面清洁的原位生成NiAl系金属间化合物涂层的技术。但是，仅仅采用单一SHS法制备NiAl系金属间化合物涂层，尤其在制备薄涂层时，面临SHS反应层薄，总放热量少，再加上金属基体良好的导热性，无法使基体金属表面处于熔融状态，导致涂层与金属基体的结合性能不佳。所以，常常要采用辅助热源将基体预热或提升基体表面的温度。与氩弧、激光、加热炉和等离子等相比，高频感应具有工艺简单、加热速度快、热损少、加热效率高、无污染、加工质量高、成本低等优点，可以作为自蔓延复合涂层的辅助热源。但目前，采用高频感应辅助自蔓延制备NiAl系金属化合物涂层很少。公布号CN105290406A公布了一种自蔓延方法制备NiAl系金属间化合物复合自润滑涂层的方法。该方法将金属基体、Ni-Al压坯、3Ni-Al-MoS2从下向上依次叠放好，点燃Ni-Al压坯同时加压。该方法仅靠单一SHS放热使涂层和基体的界面结合性能不好。公布号CN102925890A公布了一种镍-铝基金属间化合物耐腐蚀涂层的制备方法。该方法采用加热炉作为辅助热源在碳素钢表面原位合成厚NiAl涂层，该方法无法采用加压装置导致需要非常厚(>10mm)的原材料粉末，这导致材料浪费严重且后续磨削加工量大。山东科技大学机电工程系(袁建军)采用等离子喷涂方法在Q235钢基体上原位合成Ni-Al基金属化合物涂层(袁建军,娄淑梅,王涛,等.等离子原位合成Ni-Al基金属间化合物涂层的研究[J].热加工工艺,2010,39(2):83-84)。该方法采用等离子喷涂方式导致涂层结合强度不高，与此同时Ni和Al反应时无法施加外压力导致涂层致密度不大。昆明理工大学材料科学与工程学院(唐淑君)采用激光熔覆方法在H13钢上原位合成Ni-Al金属化合物涂层(唐淑君,刘洪喜,张晓伟,等.H13钢表面激光选区熔覆Ni-Al金属间化合物涂层的组织与性能[J].红外与激光工程,2014,43(5):1621-1626)。该方法只能添加少量的Al以防止Ni和Al反应时溅射进而导致涂层孔洞及裂纹多的缺陷，该方法制备的涂层中含Ni-Al金属间化合物少。公布号CN102888536A公布了一种镍铝基金属间化合物涂层及其制备方法。该方法通过将55～70wt.％Ni,25～35wt.％的Al和3～15wt.％Ti压坯放置在金属基体上，采用电磁感应辅助并加压的方式在金属基体上原位合成镍铝基金属间化合物涂层。该方法自蔓延合成加压时容易导致生成的液相NiAl在压力作用下被挤出基体和压头。要得到纯Ni-Al金属间化合物涂层必须采用合适的辅助热源及加压方式。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种一种直接在金属表面借助高频感应辅助自蔓延方法制备光滑、致密、气孔率低、结合强度高的高质量NiAl涂层。该方法具有加热效率高和成本低的优点。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，包含如下步骤：(1)将Ni粉和Al粉混匀，然后加入丙酮，在40～55℃超声条件下搅拌，待丙酮挥发至搅拌困难为止；然后真空干燥处理，得到混料；在钢模具底部平铺过渡层形成金属，然后将混料放入钢模中的过渡层形成金属上面，压制成密实度70％～80％的粉块，置于真空干燥环境中备用；(2)将基体钢板表面用砂纸打磨除去锈迹，并用无水乙醇清洗干净，放入密封环境中备用；(3)将步骤(1)所得的粉块放置在基体钢板上面，随后一块放入石墨模具中；然后通过高频感应辅助自蔓延反应，即得所述的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，Ni粉的粒径为2～10μm；Al粉的粒径为10～30μm。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，，Ni粉和Al粉按Ni/Al原子比为1:1的比例混合。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中的过渡层形成金属选自Ni粉、Fe粉、Co粉、Mo粉或者Cr粉。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中的真空干燥处理的条件为70～95℃、真空度<133Pa，干燥时间10～15个小时；步骤(1)中置于真空干燥环境中，是在70～95℃，真空度<133Pa条件下干燥12～15小时。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中在钢模具底部平铺过渡层形成金属，所述的过渡层形成金属体积＝过渡层厚度0.1～1mm×待涂工件表面面积。作为上述技术方案的改进，所述步骤(3)中所述高频感应辅助自蔓延反应过程具体如下：将试样安放好后连同模具放入感应线圈中盖上箱盖通过液压机向试样施加3～4MPa左右的预压力，同时打开气阀通氩气1～5分钟使箱体内部充满氩气减少箱体中氧气的含量；之后选用200A电流给试样预热40s，此时测温仪显示温度300～400℃，之后关闭电源让试样温度均匀，待5s后打开电源采用250A的电流继续加热直至观察到反应产生的热爆后立即给试样施加20～40MPa的压力并保压50～60s，随后关闭感应加热电源并将试样在氩气环境中自然冷却。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：本专利技术提供一种直接在金属表面借助高频感应辅助自蔓延方法制备光滑、致密、气孔率低、结合强度高的高质量NiAl涂层。加热效率高和成本低。本专利技术适用于各种工模具及结构零部件的表面强化及再制造，提高工模具及零部件的寿命。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为本专利技术中所用到的高频感应辅助自蔓延装置的示意图；图2为实施例1中所得的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层表面XRD图；图3为实施例1中所得的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层表面扫描电镜图；图4为实施例1中所得的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层断面扫描电镜图；图5(a)为实施例1中所得的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层断面过渡层Ni层-表面层NiAl层界面扫描电镜图；图5(b)为实施例1中所得的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层断面过渡层Ni层-表面层NiAl层界面线扫描图谱。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。从图1可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将Ni粉和Al粉混匀，然后加入丙酮，在40～55℃超声条件下搅拌，待丙酮挥发至搅拌困难为止；然后真空干燥处理，得到混料；在钢模具底部平铺过渡层形成金属，然后将混料放入钢模中的过渡层形成金属上面，压制成密实度70％～80％的粉块，置于真空干燥环境中备用；(2)将基体钢板表面用砂纸打磨除去锈迹，并用无水乙醇清洗干净，放入密封环境中备用；(3)将步骤(1)所得的粉块放置在基体钢板上面，随后一块放入石墨模具中；然后通过高频感应辅助自蔓延反应，即得所述的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层。

【技术特征摘要】
1.一种高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将Ni粉和Al粉混匀，然后加入丙酮，在40～55℃超声条件下搅拌，待丙酮挥发至搅拌困难为止；然后真空干燥处理，得到混料；在钢模具底部平铺过渡层形成金属，然后将混料放入钢模中的过渡层形成金属上面，压制成密实度70％～80％的粉块，置于真空干燥环境中备用；(2)将基体钢板表面用砂纸打磨除去锈迹，并用无水乙醇清洗干净，放入密封环境中备用；(3)将步骤(1)所得的粉块放置在基体钢板上面，随后一块放入石墨模具中；然后通过高频感应辅助自蔓延反应，即得所述的高频感应辅助自蔓延NiAl涂层。2.如权利要求1所述的高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，Ni粉的粒径为2～10μm；Al粉的粒径为10～30μm。3.如权利要求1所述的高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，Ni粉和Al粉按Ni/Al原子比为1:1的比例混合。4.如权利要求1所述的高频感应辅助自蔓延NiAl系金属间化合物涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的过渡层形成金属选自Ni粉、Fe粉、Co粉、Mo粉或者Cr粉。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成刚，白炎，曾汉荣，史记，贺晓龙，吴竹，魏靖，何鹏，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42