一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法，该金属合金涂层是以含有B的CuNiIn金属合金粉末为原料，采用高温等离子射流制备得到的CuNi基合金涂层；本发明专利技术利用含B的CuNiIn合金粉在预处理后的基体表面进行等离子喷涂制备涂层，形成氧化物含量低，涂层粒子间结合良好、内聚强度高的致密CuNi基合金涂层。此外，本发明专利技术制备的CuNi基合金涂层中，B的存在有效提升了涂层的硬度，从而使得涂层具有很高的抗微动磨损抗力，在燃气涡轮发动机压气机叶片榫头表面喷涂可显著提升叶片的疲劳强度与寿命。叶片的疲劳强度与寿命。叶片的疲劳强度与寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属加工
，特别是涉及一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]微动大量存在于紧固振动工况下的机械零部件中，由其引起的损伤通常以微动磨损、微动疲劳和微动腐蚀广泛的存在于机械以及航空航天等领域。
[0003]比如燃气涡轮发动机压气机的叶片榫头，当叶片榫头安装在主轴转盘上高速转动时，叶片离心力产生的径向载荷与叶片切向方向受空气的阻力联合作用而产生高频振动，从而在榫头侧面产生微动磨损损伤。损伤使得紧固产生松动，产生功率损失和显著噪音的同时还可能诱发疲劳断裂。
[0004]针对如钛合金叶片发生的这种微动损伤，迄今为止一直采用CuNiIn合金粉末在大气气氛中用等离子喷涂这种合金涂层以提升钛合金叶片的微动疲劳抗力(如：V.Fridric,S.Fouvry,Ph.Kapsa,Fretting wear behavior of a Cu
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Ni
‑
In plasma coating,2003,Surface&Coatings Technology,Vol.163
‑
164,p.429
‑
434；A.Ma,D.Liu,X.Zhang et al.,The fretting fatigue performance of Ti
–
6Al
–
4V alloy influenced by microstructure of CuNiIn coating prepared via thermal spraying,2020,Tribology International,V.145,106156)。但是，由于高温熔融态金属粒子在飞行中不可避免与卷入等离子射流中的氧发生氧化反应而引入氧化物夹杂，而喷涂过程中合金组分的氧化使得该合金涂层中氧化物含量较高，较高含量的氧化物能显著弱化涂层内沉积粒子的层间结合作用力。在微动发生的磨损条件下，氧化物含量较高的涂层会产生沿粒子界面扩展的裂纹而加速磨损，大大降低了涂层的保护寿命；涂层中的氧化物在微动磨损脱落后，还将诱发摩擦副钛合金的磨粒磨损而加剧磨损。
[0005]因此，如何降低CuNiIn耐微动磨损的金属合金涂层中的氧化物含量，提升金属合金涂层粒子间结合强度以及提升涂层硬度，依然是本领域需要研究解决的重要问题。

技术实现思路

[0006]基于上述存在的问题，本专利技术提供了一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法，以解决常规手段制备得到的CuNi基金属合金涂层中，因氧化物含量较高而造成的合金涂层粒子间结合强度低，以及涂层硬度低，抗微动磨损能力差的问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层，所述金属合金涂层是以含有B的CuNiIn金属合金粉末为原料，采用高温等离子射流制备得到的含有B的CuNi基合金涂层。
[0008]优选地，所述金属合金涂层中金属氧化物的含量为小于等于0.5％。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层的制备方法，所述方法包括：
[0010]将含有B的CuNiIn金属合金粉末送入高温等离子射流，在高温等离子射流的工作温度下，所述金属合金粉末转变为高温熔融粒子，并随高温焰流飞行预设距离后喷向所述金属基体表面；
[0011]其中，所述高温熔融粒子的温度为大于1500℃。
[0012]优选地，所述含有B的CuNiIn金属合金粉末中，Ni的含量为30％～40％；In的含量为0～5wt％；Cu的含量55％～70％。
[0013]优选地，所述含有B的CuNiIn金属合金粉末中，B的含量为1～4％。
[0014]优选地，所述含有B的CuNiIn金属合金粉末中，金属粒径的值为10μm～75μm。
[0015]优选地，所述含有B的CuNiIn金属合金粉末中，所述金属粒径的值为20μm～μ45mm。
[0016]优选地，所述CuNi基合金涂层的厚度为100μm
‑
500μm。
[0017]优选地，所述预设距离的取值为60mm～150mm。
[0018]优选地，所述方法还包括：
[0019]对待喷涂的所述金属基体表面依次进行除锈处理、除污处理、喷丸处理、喷砂粗糙化操作。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层包括以下优点：
[0021]本专利技术在制备耐微动磨损的CuNi基金属合金涂层时，CuNi基合金中引入适量B元素作为喷涂原材料。其中，B元素的参与，能够降低等离子射流环境中的熔融粒子的氧含量，有效减少高温下金属元素的氧化，制备出金属粒子间充分结合的高内聚强度的CuNi基合金涂层；此外，CuNi基合金涂层中B的存在能够有效提升涂层的硬度，使得涂层具有很高的抗微动磨损抗力。
附图说明
[0022]图1示出了本专利技术实施例提供的等离子喷涂耐微动磨损CuNi金属合金涂层断面组织示意图；
[0023]图2示出了本专利技术实施例提供的等离子喷涂耐微动磨损CuNi金属合金涂层经王水腐蚀后的断面组织示意图；
[0024]图3示出了本专利技术实施例提供的采用传统CuNiIn粉末制备的涂层的断面组织示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]为解决常规方法制备得到的CuNi基金属合金涂层中，因氧化物含量较高而造成的抗微动磨损能力差的问题，本专利技术提出的技术构思为：在CuNiIn金属合金粉末中添加适量B元素，利用高温等离子射流，向金属基体表面喷涂含有B的CuNiIn金属合金粉末来制备CuNi基合金涂层。由于B元素的还原性强于Cu、Ni、In，因此，在高温等离子射流中，B元素会优先
与氧气发生反应生成B2O3，在高于B2O3沸点的熔滴温度下被汽化蒸发掉，从而有效降低等离子射流环境中的熔融粒子氧含量，有效减少高温下金属元素的氧化，制备出金属粒子间充分结合的高内聚强度的合金沉积层。同时，CuNi基合金涂层中B的存在能够有效提升涂层的硬度，使得涂层具有很高的抗微动磨损抗力。基于上述技术构思，专利技术人提供了一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层及其制备方法，具体实施内容如下：
[0027]第一方面，本专利技术提供一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层，该金属合金涂层是以含有B的CuNiIn金属合金粉末为原料，采用高温等离子射流制备得到的含有B的CuNi基合金涂层。
[0028]具体实施时，金属合金涂层中金属氧化物的含量为小于等于0.5％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层，其特征在于，所述金属合金涂层是以含有B的CuNiIn金属合金粉末为原料，采用高温等离子射流制备得到的含有B的CuNi基合金涂层。2.根据权利要求1所述的金属合金涂层，其特征在于，所述金属合金涂层中金属氧化物的含量为小于等于0.5％。3.一种等离子喷涂耐微动磨损金属合金涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将含有B的CuNiIn金属合金粉末送入高温等离子射流，在高温等离子射流的工作温度下，所述金属合金粉末转变为高温熔融粒子，并随高温焰流飞行预设距离后喷向所述金属基体表面；其中，所述高温熔融粒子的温度为大于1500℃。4.根据权利要求3所述的金属合金涂层，其特征在于，所述含有B的CuNiIn金属合金粉末中，Ni的含量为30％～40％；In的含量为0wt％～5wt％；Cu的含量55％～70...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长久，雒晓涛，李成新，杨冠军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：