一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方、涂层及其制备方法组成比例

本发明专利技术公开了一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方、涂层及其制备方法。以质量比计，该涂层配方组成为NiCrBSi合金：85～95％、金属Ta粉末：1～15％、CeO2稀土氧化物粉末：0.2～3％。以该配方为激光熔覆材料，通过自动送粉器依次粉末配方送至预经过处理的活塞杆钢质基材表面，并同时通过激光辐射使粉末熔覆在活塞杆表面，最终形成厚度为0.5～2.0mm的涂层，该涂层均匀致密、与基材呈冶金结合、稀释率低，具有优良的耐蚀性、抗磨性和冲击韧性，可显著提高海工液压活塞杆的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方、涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方、涂层及其制备方法，该涂层应用于海洋工程及沿海水利工程液压活塞杆表面抗磨耐蚀防护领域。
技术介绍
活塞杆是海洋工程及沿海水利工程闸门液压启闭机的关键核心部件之一，其基材主要为碳素钢、合金钢或调质钢，少量为不锈钢。由于活塞杆长期暴露于腐蚀性海水、潮湿气氛、日照暴晒等恶劣环境而受到严重的腐蚀，另外强涌潮区高速流动的海水及其裹挟的沙砾石子对活塞杆表面产生强烈冲刷磨损，导致活塞杆表面易发生化学腐蚀和物理磨损，以致液压系统密封失效以至于漏油而无法使用，进而影响闸门正常启闭。因此活塞杆通常需要进行表面防护以提高其耐蚀性和耐磨性。目前，活塞杆表面防护技术多数为电镀铬或电镀镍，其中以镀铬为主。然而六价铬而存在严重的环境污染和健康危害，电镀铬工艺在国际上及我国也已逐渐禁止使用并将最终淘汰。因此，替代电镀铬技术近年来成为研究热点，目前主要有火焰喷涂、等离子喷涂、氩弧或等离子堆焊等，但火焰喷涂和等离子涂层普遍存在孔隙率高、结合强度低和涂层裂纹等缺陷，易发生点蚀、鼓泡、涂层脱落；堆焊层则存在稀释率高、组织缺陷严重和疲劳强度不足等问题。激光熔覆是一种先进、绿色的表面技术，有望成为替代电镀铬的新技术之一。
技术实现思路
针对现有海工活塞杆腐蚀和磨损防护涂层技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方、涂层及其制备方法。该专利技术所得涂层均匀致密、与基材呈冶金结合、稀释率低，具有优良的耐蚀性、抗磨性和冲击韧性。本专利技术技术方案如下：一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方，其组分如下：成分A：粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末；成分B：纯度不低于99％的稀土改性剂纳米氧化铈，粒度为40～90nm；成分C：纯度不低于99.99％的微纳金属钽粉，粒度为80～200nm；且以质量百分比计，成分A为85～95％、成分B为0.2～3％、成分C为1～15％。上述技术方案中，所述的NiCrBSi合金粉末为：按质量百分比计其化学成分如下：C0.45％、B2.3％、Si3.9％、Cr11.0％、Fe2.9％、Ni余量。进一步的，所述的成分C与成分B的质量≥5:1。一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层，以上述的配方为原料，采用激光熔覆工艺在活塞杆工件表面制备获得。具体包括以下步骤：步骤一：将涂层配方按配比混合，在球磨机内混合20～72小时获得均匀的复合粉末；置于干燥箱内，100～150℃，干燥1～3h后；步骤二：活塞杆表面预处理将活塞杆夹装到卧式转台上，对活塞杆表面进行除油、除污、除锈，并用酒精或丙酮清洗干净；用感应加热器将活塞杆加热到100～120℃；步骤三：激光熔覆制备镍基抗磨耐蚀涂层(1)设动转送线速度为10mm/s；(2)将复合粉末装入自动送粉器，用纯度不低于99.99％的高纯氮气将粉末送至步骤二的活塞杆表面，同时采用同轴激光设备将活塞杆表面的粉末熔化形成熔池，冷却凝固后获得均匀致密的镍基抗磨耐蚀涂层。所述的镍基抗磨耐蚀涂层厚度为0.5～2.0mm。所述的步骤三中激光熔覆工艺的参数如下：光斑直径为5mm，搭接率50％，激光功率为1～4kw，熔头扫描速度为20mm/s，送粉速率为20～100g/min。可以对激光熔覆后的活塞杆表面涂层进行常规机械加工，使其表面尺寸和粗糙度达到具体要求。本专利技术具有以下优点和特点：(1)本专利技术提出的合金粉末配方含有耐蚀性优良镍基合金成分、抗磨性优良的硬质陶瓷成分、改善涂层组织结构和韧性的成分，使涂层兼有优良的耐蚀性、抗磨性和冲击韧性，适用于海洋环境的强腐蚀和强冲刷磨损环境。(2)本专利技术采用激光熔覆工艺，熔覆层与活塞杆基材呈完全冶金结合，涂层致密均匀，克服了电镀层、热喷涂涂层的裂纹或孔隙多、与基材结合强度差等缺陷。(3)激光熔覆加热速度快，基体热影响区小，熔覆层稀释率低(一般＜5％)。相比等离子堆焊等传统冶金结合涂层，激光熔覆层稀释率低，晶粒粒度细，其耐蚀性和耐磨性能更好。具体实施方式实施例1(1)涂层配方成分及配比将粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末(其化学成分按质量百分比：C0.45％、B2.3％、Si3.9％、Cr11.0％、Fe2.9％、Ni余量)、纳米氧化铈稀土改性剂(CeO2，纯度≥99％，粒度为40～90nm)和微纳金属钽粉(Ta，纯度≥99.99％，粒度为80～200nm)进行混合。其质量百分比如下：NiCrBSi合金：88％、微纳金属Ta粉末：10％、CeO2纳米稀土氧化物粉末：2％。并在球磨机内混合45小时，获得均匀的复合粉末。将复合粉末置于干燥箱内，100℃干燥2h后备用。(2)活塞杆表面预处理将材质为45钢的活塞杆夹装到卧式转台上，对活塞杆表面进行除油、除污、除锈，并用酒精或丙酮清洗干净；用感应加热器将活塞杆加热到100℃。(3)激光熔覆制备镍基抗磨耐蚀涂层激光熔覆工艺参数如下：光斑直径为5mm，搭接率50％，激光功率为3.5kw，熔头扫描速度为20mm/s，送粉速率为150g/min。设置动转送线速度为10mm/s。将复合粉末装入自动送粉器，用99.99％的高纯氮气将粉末送至活塞杆表面。同时采用同轴激光设备将活塞杆表面的粉末熔化形成熔池，冷却凝固后获得厚度约为1.2mm的致密的熔覆合金层；涂层为冶金结合，结合良好，腐蚀电位为-302mV，涂层硬度577HV0.2(4)机械加工活塞杆尺寸及粗糙度对激光熔覆后的活塞杆表面涂层进行常规机械加工，使粗糙度达到Ra0.1μm。实施例2(1)涂层配方成分及配比将粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末(其化学成分按质量百分比：C0.45％、B2.3％、Si3.9％、Cr11.0％、Fe2.9％、Ni余量)、纳米氧化铈稀土改性剂(CeO2，纯度≥99％)和微纳金属钽粉(Ta，纯度≥99.99％)进行混合。其质量百分比如下：NiCrBSi合金：94％、微纳金属Ta粉末：5％、CeO2纳米稀土氧化物粉末：1％。并在球磨机内混合30小时，获得均匀的复合粉末。将复合粉末置于干燥箱内，120℃干燥1h后备用。(2)活塞杆表面预处理将材质为Q345钢的活塞杆夹装到卧式转台上，对活塞杆表面进行除油、除污、除锈，并用酒精或丙酮清洗干净；用感应加热器将活塞杆加热到100℃。(3)激光熔覆制备镍基抗磨耐蚀涂层激光熔覆工艺参数如下：光斑直径为5mm，搭接率50％，激光功率为3kw，熔头扫描速度为20mm/s，送粉速率为100g/min。设置动转送线速度为10mm/s。将复合粉末装入自动送粉器，用99.99％的高纯氮气将粉末送至活塞杆表面。同时采用同轴激光设备将活塞杆表面的粉末熔化形成熔池，冷却凝固后获得厚度约为0.8mm的致密的熔覆合金层；涂层为冶金结合，结合良好，腐蚀电位为-323mV，涂层硬度611HV0.2(4)机械加工活塞杆尺寸及粗糙度对激光熔覆后的活塞杆表面涂层进行常规机械加工，使粗糙度达到Ra0.1μm。实施例3(1)涂层配方成分及配比将粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末(其化学成分按质量百分比：C0.45％、B2.3％、Si3.9％、Cr11.0％、Fe2.9％、Ni本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方，其特征在于，其组分如下：成分A：粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末；成分B：纯度不低于99％的稀土改性剂纳米氧化铈，粒度为40～90nm；成分C：纯度不低于99.99％的微纳金属钽粉，粒度为80～200nm；且以质量百分比计，成分A为85～95％、成分B为0.2～3％、成分C为1～15％。

【技术特征摘要】
1.一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方，其特征在于，其组分如下：成分A：粒度为45～125μm的NiCrBSi合金粉末；成分B：纯度不低于99％的稀土改性剂纳米氧化铈，粒度为40～90nm；成分C：纯度不低于99.99％的微纳金属钽粉，粒度为80～200nm；且以质量百分比计，成分A为85～95％、成分B为0.2～3％、成分C为1～15％。2.根据权利要求1所述的用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方，其特征在于，所述的NiCrBSi合金粉末为：按质量百分比计其化学成分如下：C0.45％、B2.3％、Si3.9％、Cr11.0％、Fe2.9％、Ni余量。3.根据权利要求1所述的用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层配方，其特征在于，所述的成分C与成分B的质量比≥5:1。4.一种用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层，其特征在于，以权利要求1-3任一项所述的配方为原料，采用激光熔覆工艺在活塞杆工件表面制备获得。5.制备如权利要求4所述的用于海工液压活塞杆的镍基抗磨耐蚀涂层的方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，张磊，刘德有，伏利，赵坚，毛鹏展，刘伟，
申请(专利权)人：水利部杭州机械设计研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33