预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，先将四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍的质量百分比由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，在45#钢基体依次喷涂四层镍铁涂层，然后将得到的预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，最终得到预应力抗低温梯度膜层复合涂层。此方法具有膜层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现膜层复合涂层的强界面和超低温强度。

Preparation method of composite coating of prestressed anti low temperature gradient coating

The invention discloses a preparation method of a composite coating of prestressed anti low temperature gradient film. Firstly, four components of nickel iron atomized prealloyed powder are placed in the electric spark heat flow impact spraying equipment from low to high mass percentage of nickel, then four layers of nickel iron coating are successively sprayed on the 45 \u00d7 steel substrate, then the surface of the obtained prestressed gradient nickel iron coating is magnetically polished, and finally The composite coating of prestressed anti low temperature gradient coating was obtained by tungsten coating with double evaporation source microalloy ion plating device. This method has the advantages of high precision of film thickness control, strong process stability and repeatability, and can realize the strong interface and ultra-low temperature strength of the film composite coating.

【技术实现步骤摘要】
预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法
本专利技术涉及膜层复合涂层制备
，特别涉及一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法。
技术介绍
用于储存液化天然气、石油气、煤气等高压可燃气体的罐体球阀的超低温(≤-196℃)强韧性和耐磨性是安全使用高压可燃气体的重要保证。纯金属或合金材料的耐磨性和高成本均是限制其广泛应用的关键因素。涂层技术是降低球阀成本并提高耐磨性的一种有效手段，但在低温下涂层易发生脱落、裂纹、表层剥落等问题。膜层复合方法通过中间涂层缓冲作用、膜的强耐磨效应可改善单纯涂层的问题，但双界面结构使其仍存在膜层脱落的隐患。因此，寻找一种新方法，稳固膜层复合涂层的界面结合强度，并提高其超低温强度性能至关重要。
技术实现思路
本专利技术是针对常见手段难以有效稳固膜层复合涂层的界面结合强度，并提高其超低温强度性能问题的研发领域现状，提供一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法。此方法具有膜层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现膜层复合涂层的强界面和超低温强度。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：1)将四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍的质量百分比由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，在45#钢基体依次喷涂四层镍铁涂层，得到预应力梯度镍铁涂层；2)将预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，最终得到多尺度多层次界面硬质合金材料。r>作为本专利技术的进一步改进，镍铁雾化预合金粉末的四种组分分别为45Ni55Fe、55Ni45Fe、65Ni35Fe、85Ni15Fe，平均粒度120～190微米。作为本专利技术的进一步改进，电火花热流冲击喷涂装置的电火花用于产生瞬间高能并传递给喷涂粉末，热流为预热氮气，温度470～560℃。作为本专利技术的进一步改进，四种镍铁层所需的氮气流量分别为350～400ml/秒、360～410ml/秒、400～440ml/秒、410～450ml/秒，氮气流速分别为220～280米/秒、210～270米/秒、180～240米/秒、180～230米/秒。作为本专利技术的进一步改进，涂层的磁力抛光采用氧化铝切削元铁基粉末，抛光后的表面粗糙度0.1～0.3μm。作为本专利技术的进一步改进，双蒸发源微合金离子镀装置的蒸发源为钨和石墨，加热电压分别为3400～4300伏特和1200～1500伏特。作为本专利技术的进一步改进，得到的微合金钨膜厚度为0.2～0.6μm。作为本专利技术的进一步改进，制得的预应力抗低温梯度膜层复合涂层的常温表面硬度大于等于44HRC，常温界面结合强度大于等于240MPa，-196℃表面硬度大于等于39HRC，-196℃界面结合强度大于等于180MPa。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优势：本专利技术先将四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍的质量百分比由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，在45#钢基体依次喷涂四层镍铁涂层，得到预应力梯度镍铁涂层，然后将预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆；其中使用四种组分镍铁雾化预合金粉末作为涂层粉末一方面通过镍的相图平移效应降低涂层的脆韧转变温度，另一方面通过镍成分梯度效应及层合效应预制残余压应力和低温缓冲作用，提高低温界面强度，改善低温脆性。电火花热流冲击喷涂设备的电火花产生高能电离作用，使热气流离化，瞬间的高能快速传递给待喷涂粉末，并在快速热流的作用下，将粉末冲击在基体表面，此技术具有快熔、快冷特征，保证涂层的致密性和性能。双蒸发源微合金离子镀装置的微碳化效应具有优良的硬化、强化效果，可保证较高的超低温强韧性。本专利技术制得的预应力抗低温梯度膜层复合涂层的常温表面硬度大于等于44HRC，常温界面结合强度大于等于240MPa，-196℃表面硬度大于等于39HRC，-196℃界面结合强度大于等于180MPa。此方法具有膜层厚度控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，可实现膜层复合涂层的强界面和超低温强度。进一步，通过预应力梯度涂层设计、电火花热流冲击喷涂与双蒸发源微合金离子镀工艺优化，充分发挥膜层复合涂层的低温强韧性优势，是有效稳固膜层复合涂层的界面结合强度的关键手段。进一步，在制备膜层复合涂层过程中，本专利技术为解决现有手段难以有效稳固膜层复合涂层的界面结合强度的问题，而是采用一种预应力梯度涂层设计、电火花热流冲击喷涂与双蒸发源微合金离子镀工艺优化，研究电火花热流冲击喷涂工艺参数、电火花热流冲击喷涂工艺和膜层复合涂层性能的关系，即：对于预应力抗低温梯度膜层复合涂层，保持较高界面强度和超低温强韧性的最佳电火花热流冲击喷涂工艺参数、电火花热流冲击喷涂工艺。具体实施方式本专利技术一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，包括下述步骤：(1)将平均粒度为120～190微米的45Ni55Fe、55Ni45Fe、65Ni35Fe、85Ni15Fe四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍的质量百分比由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，在45#钢基体依次喷涂四层镍铁涂层，电火花用于产生瞬间高能并传递给喷涂粉末，热流为预热氮气，温度470～560℃，四层镍铁层所需的氮气流量分别为350～400ml/秒、360～410ml/秒、400～440ml/秒、410～450ml/秒，氮气流速分别为220～280米/秒、210～270米/秒、180～240米/秒、180～230米/秒，得到预应力梯度镍铁涂层；(2)采用氧化铝切削元铁基粉末对预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，得到表面粗糙度0.1～0.3μm涂层，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，双蒸发源微合金离子镀装置的蒸发源为钨和石墨，加热电压分别为3400～4300伏特和1200～1500伏特，得到的微合金钨膜厚度为0.2～0.6μm，最终得到预应力抗低温梯度膜层复合涂层。实施例1(1)将平均粒度为120微米的45Ni55Fe、55Ni45Fe、65Ni35Fe、85Ni15Fe四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍的质量百分比由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，在45#钢基体依次喷涂四层镍铁涂层，电火花用于产生瞬间高能并传递给喷涂粉末，热流为预热氮气，温度470℃，四层镍铁层所需的氮气流量分别为350ml/秒、360ml/秒、400ml/秒、410ml/秒，氮气流速分别为220米/秒、210米/秒、180米/秒、180米/秒，得到预应力梯度镍铁涂层；(2)采用氧化铝切削元铁基粉末对预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，得到表面粗糙度0.1μm涂层，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，双蒸发源微合金离子镀装置的蒸发源为钨和石墨，加热电压分别为3400伏特和1200伏特，得到的微合金钨膜厚度为0.2μm，最终得到预应力抗低温梯度膜层复合涂层。实施例2(1)将平均粒度为130微米的45N本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)将四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍含量由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，并在钢基体上依次喷涂形成四层镍铁涂层，得到预应力梯度镍铁涂层；/n2)将预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，最终得到多尺度多层次界面硬质合金材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将四种组分镍铁雾化预合金粉末按镍含量由低到高依次置于电火花热流冲击喷涂设备中，并在钢基体上依次喷涂形成四层镍铁涂层，得到预应力梯度镍铁涂层；
2)将预应力梯度镍铁涂层进行表面磁力抛光处理，最后用双蒸发源微合金离子镀装置进行钨膜镀覆，最终得到多尺度多层次界面硬质合金材料。


2.如权利要求1所述的预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，其特征在于，镍铁雾化预合金粉末的四种组分分别为45Ni55Fe、55Ni45Fe、65Ni35Fe、85Ni15Fe，平均粒度120～190微米。


3.如权利要求1所述的预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，其特征在于，电火花热流冲击喷涂装置的电火花用于产生瞬间高能并传递给喷涂粉末，热流为预热氮气，温度470～560℃。


4.如权利要求1所述的预应力抗低温梯度膜层复合涂层的制备方法，其特征在于，四种镍铁层所需的氮气流量分别为350～400ml/秒、360～410ml/秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文生，翟海民，何东青，汤鹏君，李旭强，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62