一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料及其制备方法，该自润滑镍基合复合材料包括以下物质(以质量百分比计)：5％～25％金刚石破碎粉、61％～83％镍粉、5％～10％铬粉、3％～6.5％硅粉、1％～5％硼粉和0.1～1％氟硅酸钠粉。本发明专利技术的激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料，通过添加晶型不完整的金刚石破碎粉，在激光或电弧熔覆过程中发生同素异构转变，生成具有自润滑的石墨相，同时添加镍粉、硅粉、铬粉、硼粉及氟硅酸钠粉组分协同提升镍基复合材料耐磨耐蚀高强韧等性能，并改善熔覆合金成形，因此本发明专利技术制备的自润滑镍基复合材料成形良好，减摩耐磨性能优异。减摩耐磨性能优异。减摩耐磨性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料及其制备方法，属于材料表面改性


技术介绍

[0002]随着核电、军工、汽车、舰船及航空航天技术的发展，先进装备的机械机构运转服役条件日益苛刻，许多工况条件下要求材料同时具有无油或少油润滑状态下的良好耐磨性和减摩性。由于机械构件一般是表面承受高温、磨损而导致最终失效，研究者对表面改性技术给予了极大关注，通过在金属材料表面获得一层涂层，该涂层具有耐高温、耐磨、耐蚀等特定的性能。
[0003]常规涂层制备方法有火焰喷焊、等离子堆焊等。其中火焰喷焊存在质量一致性差、材料耗费量大等缺点，而等离子堆焊虽然可以避免上述不足，但仍存在工作效率低、气孔及裂纹敏感性大等难题。
[0004]而电弧堆焊成本较低；激光熔覆技术因其质量稳定可靠、可控性好，近年来得到迅猛发展，不但用于材料表面改性，而且用于表面失效零部件的修复，故而基体材料可选范围宽。熔覆合金有铁基、钴基、镍基等。其中镍基合金具有耐磨、耐高温、耐热疲劳等优良特性。但在严重滑动磨损条件下已不能满足服役要求。
[0005]CN110331397A公开了一种激光熔覆用耐高温氧化涂层镍基合金粉末，通过添加稀土元素Y2O3、La2O3、Ce和Hf中的至少2种以达到提升激光熔覆镍基合金耐高温氧化性能的目的。CN113249717A公开了一种镍基合金激光熔覆粉末的激光熔覆方法，通过调控激光熔覆工艺参数，实现激光功率与扫描速度的匹配来改善冶金质量、提升耐蚀性能。对于如何改进耐磨性，目前的普遍做法是添加硬质相颗粒来提升硬度，增加抗磨性能，而对于减摩性能方面的探索还有待深入。石墨具有优良的自润滑特性，是自润滑材料的常用添加剂，但是由于是直接掺杂，难免存在石墨与基体材料润湿性不良而导致的孔洞及分布不均等缺陷，特别是在高温冶金作用下，会转变成为合金中的C含量而无法保留在基体中。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种自润滑镍基复合材料，本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料及其制备方法；本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种多元碳材料协同耐磨减摩镍基材料及其制备方法；本专利技术还要解决的技术问题是提供了一种利用金刚石破碎料和石墨烯复合掺杂改性镍基合金材料及其制备方法；本专利技术最后要解决的技术问题是提供了一种低成本细晶粒自润滑镍基合金材料及其制备方法。
[0007]技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术提供了自润滑镍基复合材料，所述自润滑镍基复合材料包括金刚石破碎粉和镍基材料，按重量百分比计，所述金刚石破碎粉3～
40％，余量为镍基材料，所述镍基材料包括镍元素和硼元素。
[0008]优选地，所述镍元素占自润滑镍基复合材料的39～83％，硼元素占自润滑镍基复合材料的1～30％
[0009]优选地，本专利技术提供了一种激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料，所述激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料包括金刚石破碎粉、镍粉、铬粉、硅粉、硼粉和氟硅酸钠粉，所述自润滑镍基合金材料包括以下质量百分含量的组分：5～25％金刚石破碎粉、61～83％镍粉、5～10％铬粉、3～6.5％硅粉、1～5％硼粉和0.1～1％氟硅酸钠粉。
[0010]优选地，所述金刚石破碎粉的粒径为60～90目，所述镍粉、硅粉、铬粉、硼粉及氟硅酸钠粉的粒径均为200～300目。
[0011]本专利技术所述激光或电弧诱导金刚石石墨化的自润滑镍基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0012](1)取金刚石破碎粉和镍基材料混合得到混合粉末，将混合粉末通过粘结剂预置于钢基体上；
[0013](2)将预置层预热；
[0014](3)采用光纤激光器或数字化焊机对预热的预置层进行熔覆，得到自润滑镍基复合材料。
[0015]优选地，步骤(1)中，钢基体为45钢、65Mn钢、Q235钢或Q345钢，混合粉末预置于钢基体上的厚度为300～600μm。
[0016]优选地，步骤(1)中，粘结剂为松香酒精或聚乙烯醇溶液。
[0017]优选地，步骤(2)中，预置层预热的温度为120～200℃。
[0018]优选地，步骤(3)中，采用光纤激光器进行熔覆时的激光光斑为矩形、尺寸为5mm
×
5mm，激光功率为1.8～2.5KW，扫描速度为1～4mm/s，离焦量为0。
[0019]优选地，步骤(3)中，采用数字化焊机进行熔覆时，采用Φ4
×
300mm或Φ8
×
300mm碳棒引弧，堆焊电流为250～280A，堆焊速度为0.5～3mm/s。
[0020]优选地，步骤(3)中，进行熔覆的保护气体为氩气或氦气。
[0021]优选地，步骤(3)中，进行熔覆的保护气体的流速8
‑
9min/L。
[0022]在上述粉末中各组分的主要作用如下：金刚石破碎粉在激光或电弧作用下发生原位反应形成石墨自润滑相，当添加金刚石破碎粉含量低于5％时，石墨相数量不足，自润滑性能不好，而当金刚石破碎粉含量高于25％时，恶化熔覆合金成形。镍粉的作用主要是提供镍基体，提供优良的强韧性和耐高温性能。铬粉有利于过渡铬元素，提供高强度和耐磨耐蚀性，调整合金微观组织。硅粉和硼粉的联合添加，有助于调整熔覆合金熔点、成分、组织、表面张力状态，并有利于金刚石破碎粉的石墨化同素异构相变。氟硅酸钠粉为激光熔覆创造微量渣环境，降低熔池表面张力，促进熔渣
‑
金属冶金作用，净化熔池和熔覆金属。
[0023]本专利技术通过在粉末混合物中添加金刚石破碎粉，利用金刚石破碎粉晶型不完整从而易于发生石墨化的特性，在激光或电弧作用下，诱导发生同素异构相变生成石墨相，从而在高温冶金状态下获得以石墨为润滑相的自润滑合金材料。同时添加镍粉提供镍基合金具有的耐磨耐高温等优良性能，添加铬粉进一步增加强度和耐磨耐蚀性。硅粉和硼粉是镍基合金的重要组成成分，优化熔覆合金熔点、成分、组织、表面张力状态，并有利于金刚石破碎
粉的石墨化同素异构相变进程。
[0024]本专利技术还包括一种多元碳材料协同耐磨减摩镍基材料，所述多元碳材料协同耐磨减摩镍基材料包括金刚石、石墨和镍基材料。
[0025]优选地，所述镍基材料包括镍粉、锰粉、硼粉、碳酸钠粉和炭粉。
[0026]优选地，所述多元碳材料协同耐磨减摩镍基材料包括以下质量百分含量的组分：0.5～4％石墨、8～25％金刚石破碎粉、60～76％镍粉、1～5％锰粉、5～10％硼粉、0.5～1.5％碳酸钠粉和0.2～2％炭粉。
[0027]优选地，所述金刚石破碎粉的粒径为80～200目，所述石墨的粒径为300
‑
400目，所述镍粉、锰粉、硼粉、氟硅酸钠粉及炭粉的粒径均为200～300目。
[0028]本专利技术所述多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自润滑镍基复合材料，其特征在于，所述自润滑镍基复合材料包括金刚石破碎粉和镍基材料，按重量百分比计，所述金刚石破碎粉5～40％，余量为镍基材料，所述镍基材料包括镍元素和硼元素。2.根据权利要求1所述的自润滑镍基复合材料，其特征在于，所述镍元素占自润滑镍基复合材料的39～83％，所述硼元素占自润滑镍基复合材料的1～30％。3.根据权利要求1或2所述的自润滑镍基复合材料，其特征在于，所述镍基材料包括镍粉、铬粉、硅粉、硼粉和氟硅酸钠粉，所述自润滑镍基复合材料包括以下质量百分含量的组分：5～25％金刚石破碎粉、61～83％镍粉、5～10％铬粉、3～6.5％硅粉、1～5％硼粉和0.1～1％氟硅酸钠粉。4.根据权利要求3所述的自润滑镍基复合材料，其特征在于，所述金刚石破碎粉的粒径为60～90目，所述镍粉、硅粉、铬粉、硼粉及氟硅酸钠粉的粒径均为200～300目。5.权利要求3
‑
4任一项所述自润滑镍基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取金刚石破碎粉和镍基材料混合得到混合粉末，将混合粉末通过粘结剂预置于钢基体上得到预置层；(2)将预置层预热；(3)采用光纤激光器或数字化焊机对预热的预置层进行熔覆，得到自润...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大双，龙伟民，吴玉程，孙华为，张雷，魏萍，罗来马，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：