一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，首先，对TiC粉末进行化学镀镍处理，形成具有核‑壳结构的镍Ni包TiC粉末；接着，将Ni包TiC粉末与低硬度的镍自熔合金粉末球磨；然后，对基体进行预处理并用砂纸打磨基体表面；再接着，将混合粉末与水玻璃粘结剂调制成膏状物涂覆在基体钢表面并干燥；最后，采用氩气保护感应熔覆的方法在基体表面制备含有未分解TiC颗粒的镍基碳化钛感应熔覆层。本发明专利技术解决了常用镍基增强碳化钛感应熔覆层中碳化钛与镍的浸润性差、碳化钛电阻率大导致的熔覆层熔化不完全、组织不致密的问题，在提高工具、模具及结构零部件磨损性能方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法
本专利技术涉及感应熔覆领域，具体涉及一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法。
技术介绍
工具、模具或机械零部件在工作过程中的主要失效形式为磨损、腐蚀和断裂。而磨损是其最主要的失效形式之一。工具、模具或机械零部件磨损失效主要发生在表面。所以提高他们的表面性能是提高其寿命的最主要措施。感应熔覆技术与其它表面处理技术相比，它具有加热速度快、热损少、加热效率高、无污染、加工质量高、易于实现自动控制等优点。常常被用于工具、模具或零部件的表面改性及表面修复。目前，Ni基自熔性合金硬度高、耐磨性和抗高温氧化性好，是在感应熔覆工艺中最常使用的合金粉末；但是单纯的自熔合金粉末对耐磨性的提高程度有限，很难胜任磨损严重的场合。为了提高熔覆层硬度，常常在低硬度自熔合金粉末体系中加入一定含量的高熔点和高硬度的陶瓷材料形成复合粉末体系。感应熔覆中一般都采用与Ni浸润性好且电阻率较低的WC和Cr3C2等作为增强相。但是，WC和Cr3C2增强相与金属的摩擦系数高，硬度低，其熔覆层耐磨性能有待进一步提高。TiC增强相具有低摩擦因数、高硬度、低密度以及良好的高温稳定性，有望替代传统以WC和Cr3C2为增强相的复合涂层。但是由于TiC与Ni的浸润性差且电阻率高，常常在感应熔覆过程中出现涂层熔化不透、孔隙较多的缺陷。而采用大的感应电流会导致基体过烧甚至熔化流淌。目前，采用TiC作为增强相制备感应熔覆复合涂层的几乎没有。因此，如何提高碳化钛与镍的浸润性并降低TiC的电阻率是感应熔覆制备TiC增强复合涂层必须解决的问题。公布号CN106180938A公布了感应加热制备摆碾机摆头所需碳化钨耐磨涂层的方法，采用氩气保护在摆碾机摆头上感应熔覆WC‐Co复合涂层。中国石油大学机电学院(王宝阳)采用感应熔覆方法在45号钢基体上制备Ni60粉末中不同含量的Cr3C2‐NiCr材料的复合涂层(王宝阳,王引真,程国东,等.感应熔覆Ni基合金/碳化物熔覆层的组织与冲蚀磨损性能.中国表面工程,2009,22(1):42‐45)。这些方法都没有涉及到感应熔覆TiC增强复合涂层的制备工艺。
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在直接在金属表面制备致密、无裂纹、硬度高的碳化钛感应熔覆层的方法。该方法克服了TiC与Ni的浸润性差且电阻率高导致感应熔覆过程中出现涂层熔化不透、孔隙较多的缺陷问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，包含如下步骤：(1)将碳化钛粉末进行清洗、粗化、敏化、活化、化学镀镍、清洗过滤及干燥，形成具有核-壳结构的镍包碳化钛包覆粉末；(2)将镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合球磨2-6小时；其中低硬度镍基自熔合金粉末占镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合物总质量的0wt.％-30wt.％；(3)将基体钢板用砂纸打磨得到平整光洁的表面，最后用酒精清洗晾干得到预处理后的基体钢；(4)将步骤(2)球磨后的粉末与水玻璃粘结剂调制成膏状物，将膏状物涂覆在步骤(3)预处理后的基体钢表面涂覆厚度为1-3mm；然后将涂覆了膏状物的基体钢在空气中放置1-3h，待涂覆表面风干后将基体钢在130-170℃条件下保温2-6h，使粘结剂挥发，得到试样；所述球磨后的粉末与水玻璃粘结剂按照4g：1-2mL的比例混合调制成膏状物；(5)选择感应熔覆线圈的输出功率为0-25KW，频率范围为30-80KHz，并通Ar气保护试样；将步骤(4)所得试样与平面线圈的距离1-4mm；在200-300A电流下预热10-25s使涂层表面温度达到200℃以上，然后在700-1000A电流下加热10-25s。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的镍包碳化钛感应熔覆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)中的清洗过程为去离子水条件下超声波清洗，随后使用10wt.％的NaOH水溶液对TiC粉末进行脱脂处理5-20min，再通过10wt.％的稀盐酸浸泡处理以中和前述使用的NaOH，最后采用无水乙醇对TiC进行超声波清洗至少一次，直至清洗后液体澄清。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中的粗化过程为，使用5wt.％的HF水溶液在超声波的条件下对TiC粉末进行浸泡处理2-5min来提高TiC表面粗糙度，粗化结束后使用去离子水将粉末清洗干净。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中敏化处理为，将TiC粉末放入氯化亚锡浓度为80g/L并且浓度为80mL/L的浓盐酸的混合溶液中10-20min后用去离子水多次漂洗至中性。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中活化处理为，将TiC粉末放入氯化钯浓度为0.5g/L并且浓度为30mL/L的浓盐酸的混合溶液中后用去离子水多次漂至中性然后过滤，在真空烘干箱中50-80℃下进行干燥。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中化学镀镍处理，将活化完的TiC粉体倒入90℃、pH值在4.5～4.7的镀槽中，迅速搅拌，过程中每隔5分钟检测一次pH值，通过补加氨水溶液来维持pH稳定在4.5～4.7之间，15～20min后停止反应，待镀液冷却后，用循环水真空泵过滤，然后去离子水冲洗复合粉体5-6次，将清洗干净的复合粉体置入真空干燥箱中烘干，烘干温度70℃，烘干时间5h。作为上述技术方案的改进，所述化学镀镍的配方为：硫酸镍28g/L，次磷酸钠32g/L,丁二酸20g/L,DL-苹果酸18g/L,硫脲,0.001g/L。作为上述技术方案的改进，所述步骤(1)中，化学镀镍处理可以多次重复操作，化学镀镍处理后的镀镍层厚度1-10μm。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：1、获得具有未分解碳化钛颗粒的镍基碳化钛感应熔覆层。2、熔覆层致密、无裂纹。3、本专利技术使用于各种工具、模具及结构零部件的表面强化，特别适合于提高磨损严重工具、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为实施例1中所得的Ni包TiC粉末剖面扫描电镜图；图2(a)为实施例1中所得的Ni包TiC粉末的表面扫描电镜图；图2(b)为实施例1中所得的Ni包TiC粉末的EDS图谱；图3为实施例1中所得的Ni包TiC+Ni60A感应熔覆层断面金相图；图4为实施例1中所得的TiC未包覆的TiC+Ni60A感应熔覆层断面金相图；图5为实施例1中所得的Ni包TiC+Ni60A感应熔覆层表面XRD图；图6(a)为实施例1中所得的Ni包TiC+Ni60A感应熔覆层中未分解的TiC颗粒扫描电镜图；图6(b)为实施例1中所得的Ni包TiC+Ni60A感应熔覆层中未分解的TiC颗粒的线扫描图谱；图7为实施例1中所得的Ni包TiC+Ni60A感应熔覆层断面硬度图。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。本专利技术所用的化工原料均为工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将碳化钛粉末进行清洗、粗化、敏化、活化、化学镀镍、清洗过滤及干燥，形成具有核‑壳结构的镍包碳化钛包覆粉末；(2)将镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合球磨2‑6小时；其中低硬度镍基自熔合金粉末占镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合物总质量的0wt.％‑30wt.％；(3)将基体钢板用砂纸打磨得到平整光洁的表面，最后用酒精清洗晾干得到预处理后的基体钢；(4)将步骤(2)球磨后的粉末与水玻璃粘结剂调制成膏状物，将膏状物涂覆在步骤(3)预处理后的基体钢表面涂覆厚度为1‑3mm；然后将涂覆了膏状物的基体钢在空气中放置1‑3h，待涂覆表面风干后将基体钢在130‑170℃条件下保温2‑6h，使粘结剂挥发，得到试样；所述球磨后的粉末与水玻璃粘结剂按照4g：1‑2mL的比例混合调制成膏状物；(5)选择感应熔覆线圈的输出功率为0‑25KW，频率范围为30‑80KHz，并通Ar气保护试样；将步骤(4)所得试样与平面线圈的距离1‑4mm；在200‑300A电流下预热10‑25s使涂层表面温度达到200℃以上，然后在700‑1000A电流下加热10‑25s。...

【技术特征摘要】
1.一种镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)将碳化钛粉末进行清洗、粗化、敏化、活化、化学镀镍、清洗过滤及干燥，形成具有核-壳结构的镍包碳化钛包覆粉末；(2)将镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合球磨2-6小时；其中低硬度镍基自熔合金粉末占镍包碳化钛与低硬度镍基自熔合金粉末混合物总质量的0wt.％-30wt.％；(3)将基体钢板用砂纸打磨得到平整光洁的表面，最后用酒精清洗晾干得到预处理后的基体钢；(4)将步骤(2)球磨后的粉末与水玻璃粘结剂调制成膏状物，将膏状物涂覆在步骤(3)预处理后的基体钢表面涂覆厚度为1-3mm；然后将涂覆了膏状物的基体钢在空气中放置1-3h，待涂覆表面风干后将基体钢在130-170℃条件下保温2-6h，使粘结剂挥发，得到试样；所述球磨后的粉末与水玻璃粘结剂按照4g：1-2mL的比例混合调制成膏状物；(5)选择感应熔覆线圈的输出功率为0-25KW，频率范围为30-80KHz，并通Ar气保护试样；将步骤(4)所得试样与平面线圈的距离1-4mm；在200-300A电流下预热10-25s使涂层表面温度达到200℃以上，然后在700-1000A电流下加热10-25s。2.如权利要求1所述的镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的清洗过程为去离子水条件下超声波清洗，随后使用10wt.％的NaOH水溶液对TiC粉末进行脱脂处理5-20min，再通过10wt.％的稀盐酸浸泡处理以中和前述使用的NaOH，最后采用无水乙醇对TiC进行超声波清洗至少一次，直至清洗后液体澄清。3.如权利要求1所述的镍包碳化钛感应熔覆层的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成刚，魏靖，吴竹，白炎，史记，曾汉荣，贺晓龙，冯斯琦，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