一种层流等离子喷涂耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种层流等离子喷涂耐磨涂层，包括依次设置在基体表面的MCrAlX合金涂层底层和WC基硬质合金金属陶瓷耐磨涂层面层；本发明专利技术的制备方法包括：一、经粗化和清洗得到预处理金属基体；二、采用层流等离子喷涂在预处理金属基体上形成合金涂层底层；三、采用层流等离子喷涂在合金涂层底层上形成金属陶瓷耐磨涂层面层，获得耐磨涂层。本发明专利技术在基体与面层之间设置底层，缓解了两者之间的热膨胀差异，抑制面层剥落失效及基体氧化或腐蚀损伤，显著提升了摩擦部件的服役寿命；本发明专利技术采用层流等离子喷涂，降低了空气的氧化作用以及WC的分解作用，提高了耐磨涂层的结合强度，进而保证了耐磨涂层的耐磨性能。证了耐磨涂层的耐磨性能。证了耐磨涂层的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种层流等离子喷涂耐磨涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于表面耐磨涂层制备
，具体涉及一种层流等离子喷涂耐磨涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢铁材料由于具有高强度、高韧性和低成本等优点，广泛应用于装备制造业。然而，耐磨性差的缺点降低了零部件的服役寿命，造成了不可估量的经济损失。据统计，有80%的钢铁材料零件都是由于磨损而发生失效的。因此，提升钢铁材料表面的耐磨性能在减少我国装备制造业经济损失，促进我国装备制造业产业升级方面具有重要意义。目前，提升钢铁材料零部件服役寿命的有效方法是在其表面制备耐磨性能优异的涂层。WC基硬质合金涂层因其具有高的硬度和优异的耐磨性，在解决机械零部件表面摩擦磨损问题方面具有很高的应用前景。
[0003]热喷涂技术是一种使用高温高速气流将熔融的粉末粒子沉积到基体表面，形成耐磨、耐蚀、耐高温或隔热涂层的表面涂层制备工艺，在航空航天、建筑工业、石油化工和交通运输等领域具有广泛的应用前景。
[0004]目前，常用的制备WC基硬质合金涂层的热喷涂技术为大气等离子喷涂和超音速火焰喷涂。但是，在使用以上两种喷涂工艺进行涂层制备过程中，喷涂材料会出现加热不完全现象，使涂层内部夹杂未熔和半熔颗粒，导致涂层的孔隙率较高。并且，在采用大气等离子喷涂进行涂层制备过程中，喷涂材料容易被射流中卷吸进来的空气氧化，影响涂层的性能。
[0005]此外，WC基硬质合金涂层的性能不仅与喷涂工艺及参数有关，还与涂层结构有关。金属基体与WC基硬质合金的热膨胀系数差异容易导致涂层的开裂与分离，影响涂层的使用寿命。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种层流等离子喷涂耐磨涂层。该耐磨涂层通过在基体与面层之间设置MCrAlX合金涂层底层，形成以MCrAlX合金涂层为底层，以WC基硬质合金为面层的呈梯度的涂层结构，有效抑制因基体与面层热膨胀不匹配而导致的面层剥落失效，同时抑制基体氧化或腐蚀损伤的发生，解决了基体与WC基硬质合金因热膨胀系数差异导致涂层开裂与分离、影响耐磨涂层使用寿命的难题；采用的层流等离子喷涂方法具有良好的热能保持性，在低功率下对粉末进行充分熔化，提升了涂层的结合强度，同时防止了粉末在沉积过程中由于射流卷吸导致的氧化和分解等作用，保证了耐磨涂层成分的稳定性。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，包括依次设置在基体表面的合金涂层底层和金属陶瓷耐磨涂层面层；所述合金涂层底层为MCrAlX，所述金属陶瓷耐磨涂层面层为WC基硬质合金。
[0008]上述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述合金涂层底层MCrAlX中
的M为Ni或/和Co，X为Y、Ce、Si和Ta中的一种或两种混合物，且按质量百分比计，Cr为20%~25%，Al为8%~12%，X为1%~3%，余量为M。
[0009]上述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述M为Ni和Co按照1~2:1的质量比组成的混合物。
[0010]上述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述X为Y与Ce、Si或Ta的混合物，且按质量百分比计X中Y为60%~70%。
[0011]本专利技术通过对M及X的成分进行优化，进一步提升了合金涂层底层与金属陶瓷耐磨涂层面层的结合强度。
[0012]上述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述金属陶瓷耐磨涂层面层WC基硬质合金中包含Co、Cr、Ni和Fe中的一种或两种以上混合物，且按质量百分比计为20%~30%。
[0013]上述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni或Fe的混合物，且Co与Cr、Ni或Fe的质量比为3~7:1~2，或者所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni和Fe中两种的混合物，且Co与Cr、Ni和Fe中两种的质量比为8~15:2~6，其中Cr与Ni或Fe的质量比为2:1，或者所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni和Fe三种的混合物，Co与Cr、Ni和Fe三种的质量比为6~12:2~5，其中Cr与Ni、Fe的质量比为3:1:1。
[0014]本专利技术通过对WC基硬质合金中成分Co与Cr、Ni、Fe的配比调节，进一步提升了WC基硬质合金韧性和耐腐蚀等性能。
[0015]另外，本专利技术还提供了一种制备如上述的层流等离子喷涂耐磨涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、对金属基体的待喷涂表面进行喷砂粗化和超声清洗，得到预处理金属基体；步骤二、以MCrAlX粉末为喷涂粉末，采用层流等离子喷涂在步骤一中预处理金属基体的待喷涂表面上喷涂沉积MCrAlX，形成合金涂层底层；所述喷涂沉积MCrAlX的工艺参数为：采用氮气与氩气的混合气体作为喷涂气体，其中氮气的体积含量为60%~75%，喷涂气体的流量为8L/min~14L/min，喷涂功率为12kW~25kW，喷枪移动速度为200mm/s~600mm/s，喷涂距离为250mm~450mm，送粉速率为12g/min~20g/min；步骤三、以WC基硬质合金粉末为喷涂粉末，采用层流等离子喷涂在步骤二中合金涂层底层的表面上喷涂沉积WC基硬质合金，形成金属陶瓷耐磨涂层面层，在金属表面获得耐磨涂层；所述喷涂沉积WC基硬质合金的工艺参数为：采用氮气与氩气的混合气体作为喷涂气体，其中氮气的体积含量为60%~75%，喷涂气体的流量为10L/min~18L/min，喷涂功率为18kW~25kW，喷枪移动速度为400mm/s~800mm/s，喷涂距离为150mm~350mm，送粉速率为9g/min~18g/min。
[0016]上述的方法，其特征在于，步骤一中所述金属基体为碳素钢或合金钢。
[0017]上述的方法，其特征在于，步骤二中所述MCrAlX粉末的粒径为15μm~45μm，所述合金涂层底层的厚度为100μm~200μm；步骤三中所述WC基硬质合金粉末的粒径为75μm~108μm，所述金属陶瓷耐磨涂层面层的厚度为50μm~150μm。本专利技术选择的上述粒径的MCrAlX粉末和WC基硬质合金粉末均具有优异的流动性，有利于对应底层和面层的形成，且上述厚度的合金涂层底层和金属陶瓷耐磨涂层面层均具有降低的应力，不易开裂。
[0018]上述的方法，其特征在于，步骤三中所述耐磨涂层与金属基体的结合强度为75MPa以上。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术的耐磨涂层在基体与金属陶瓷耐磨涂层面层之间设置MCrAlX合金涂层底层，缓解了基体与面层之间的热膨胀差异，有效抑制因两者热膨胀不匹配而导致的面层剥落失效，并为面层提供较强的结合界面，使其牢固地黏附在基体表面而不脱落，同时为基体提供环境屏障，抑制基体氧化或腐蚀损伤的发生，显著提升了摩擦部件的服役寿命。
[0020]2、本专利技术采用层流等离子喷涂方法在金属基体表面依次喷涂沉积MCrAlX和WC基硬质合金粉末，形成由合金涂层底层和金属陶瓷耐磨涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，包括依次设置在基体表面的合金涂层底层和金属陶瓷耐磨涂层面层；所述合金涂层底层为MCrAlX，所述金属陶瓷耐磨涂层面层为WC基硬质合金。2.根据权利要求1所述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述合金涂层底层MCrAlX中的M为Ni或/和Co，X为Y、Ce、Si和Ta中的一种或两种混合物，且按质量百分比计，Cr为20%~25%，Al为8%~12%，X为1%~3%，余量为M。3.根据权利要求2所述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述M为Ni和Co按照1~2:1的质量比组成的混合物。4.根据权利要求2所述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述X为Y与Ce、Si或Ta的混合物，且按质量百分比计X中Y为60%~70%。5.根据权利要求1所述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述金属陶瓷耐磨涂层面层WC基硬质合金中包含Co、Cr、Ni和Fe中的一种或两种以上混合物，且按质量百分比计为20%~30%。6.根据权利要求5所述的一种层流等离子喷涂耐磨涂层，其特征在于，所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni或Fe的混合物，且Co与Cr、Ni或Fe的质量比为3~7:1~2，或者所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni和Fe中两种的混合物，且Co与Cr、Ni和Fe中两种的质量比为8~15:2~6，其中Cr与Ni或Fe的质量比为2:1，或者所述WC基硬质合金中包含Co与Cr、Ni和Fe三种的混合物，Co与Cr、Ni和Fe三种的质量比为6~12:2~5，其中Cr与Ni、Fe的质量比为3:1:1。7.一种制备如权利要求1~6中任一权利要求所述的层流等离子喷涂耐磨涂层的方法，其特征在于，该方...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪纲，柳琪，张鹏飞，邱龙时，胡小刚，
申请(专利权)人：西安稀有金属材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：