一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术属于复合涂层材料技术领域，涉及一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法。以镍基合金粉末为主体材料，以碳化铌为增强相，以G@SiO2为润滑剂，经湿法球磨混料后进行激光熔覆形成；按照体积分数计，Ni60为68～72％，G@SiO2为1～15％，余量为NbC；所述G@SiO2是利用非均匀形核法在石墨烯表面形成SiO2外壳获得。本发明专利技术的制备方法能够在45号钢表面制成兼具良好力学性能的自润滑复合涂层。表面制成兼具良好力学性能的自润滑复合涂层。表面制成兼具良好力学性能的自润滑复合涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于复合涂层材料
，涉及一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]在电液控制的液压泵和液压马达的实际使用中，由于活塞杆与内壁的持续往复接触和相对运动容易导致各运动构件出现磨损加速、产生黏着，进而影响其使用寿命，是导致构件磨损产生表面损伤与失效的主要原因。特别是在大马力的工程机械中，工作过程中受到的冲击载荷大，电液控制的液压泵和液压马达各运动构件间相互作用力大，极易导致各运动构件处因磨损而产生破坏。这便要求各运动构件在能承受较大的载荷冲击的同时，需要具有良好的耐磨性能。在机械零件的生产中，45号钢因其优良的机械性能和可加工性能多用于冲压模具、活塞杆以及细长轴和阶梯轴等轴类零件的加工制造。因此，需要提供一种基体为45号钢、表面耐磨性性高的复合材料，以减少电液控制的液压泵和液压马达的各运动构件的磨损，从而提高各运动构件的耐磨性能。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，本专利技术的制备方法能够在45号钢表面制成兼具良好力学性能的自润滑复合涂层。
[0005]一方面，一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，以镍基合金粉末(Ni60)为主体材料，以碳化铌(NbC)为增强相，以包覆石墨烯颗粒(G@SiO2)为润滑剂，经湿法球磨混料后进行激光熔覆形成；
[0006]按照体积分数计，Ni60为68～72％，G@SiO2为1～15％，余量为NbC；
[0007]所述G@SiO2是利用非均匀形核法在石墨烯表面形成SiO2外壳获得。
[0008]本专利技术制备的复合涂层中，首先，依靠NbC作为陶瓷增强相，能够很好的抑制晶粒生长，同时其本身的高硬度有助于提高复合涂层的显微硬度；其次，G@SiO2的添加能够进一步促进NbC晶粒细化，两种材料共同作用很好的提高了自润滑涂层的显微硬度；第三，在激光熔覆中，G@SiO2包覆结构中的非晶态二氧化硅外壳能够散射激光束，使高能激光束聚焦性降低，对石墨烯的完整性起到了良好的保护作用，完整层片结构的石墨烯能够在自润滑涂层的磨损表面堆积成润滑膜。本专利技术通过添加NbC和G@SiO2的共同作用保证了复合涂层兼具良好力学性能的同时实现良好的自润滑效果。
[0009]另一方面，一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层，由上述制备方法获得。
[0010]第三方面，一种运动构件，所述运动构件的基体材料表面设置上述包覆石墨烯和
碳化铌增强镍基复合涂层。
[0011]第四方面，一种上述运动构件在工程机械中的应用。
[0012]本专利技术的有益效果为：
[0013](1)本专利技术通过对纳米石墨烯颗粒进行表面包覆改性，制备了具有核壳结构的包覆石墨烯颗粒，有效减少了激光熔覆过程中石墨烯结构的破坏。
[0014](2)本专利技术通过对向激光熔覆复合涂层中添加NbC和G@SiO2，能够明显增强激光熔覆复合涂层的力学性能，同时实现良好的自润滑效果。相比于基体45钢材料，同时添加碳化铌(NbC)和包覆石墨烯颗粒(G@SiO2)的复合涂层中，显微硬度明显提高，最高可提高302.7％；磨损率显著降低，可降低375.5％。
附图说明
[0015]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1为本专利技术实施例1制备的碳化铌和包覆石墨烯增强镍基复合涂层的截面SEM图；
[0017]图2为本专利技术实施例2制备的碳化铌和包覆石墨烯增强镍基复合涂层的XRD图谱；
[0018]图3为本专利技术实施例3制备的碳化铌和包覆石墨烯增强镍基复合涂层的显微硬度图；
[0019]图4为本专利技术实施例4制备的碳化铌和包覆石墨烯增强镍基复合涂层与基体材料磨损量对比图。
具体实施方式
[0020]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]为了满足运动构件能承受较大的载荷冲击的同时具有良好的耐磨性能，本专利技术提出了一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法。
[0023]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，以镍基合金粉末(Ni60)为主体材料，以碳化铌(NbC)为增强相，以包覆石墨烯颗粒(G@SiO2)为润滑剂，经湿法球磨混料后进行激光熔覆形成；
[0024]按照体积分数计，Ni60为68～72％，G@SiO2为1～15％，余量为NbC；
[0025]所述G@SiO2是利用非均匀形核法在石墨烯表面形成SiO2外壳获得。
[0026]通过在石墨烯表面形成SiO2外壳，能够避免直接添加石墨烯在激光熔覆过程中的破坏和烧损。
[0027]在一些实施例中，Ni60粉末的平均粒径为150～300目。
[0028]在一些实施例中，NbC的平均粒径为90～110nm。
[0029]在一些实施例中，湿法球磨混料在惰性气氛中进行。能够防止球磨过程中材料发生氧化。
[0030]在一些实施例中，湿法球磨混料的过程为：将Ni60、NbC和G@SiO2分别加入有机溶剂中，超声分散，再将Ni60分散液、NbC分散液和G@SiO2分散液混合，超声分散获得混合液，然后在惰性气氛条件下，将混合液进行球磨。球磨过程中，Ni60、NbC和G@SiO2的总质量与磨球的质量比为1:9～11。球磨的时间为36～60h。
[0031]湿法球磨混料后干燥获得复合粉末，然后将复合粉末涂覆在基体材料表面，再进行激光熔覆。在一些实施例中，将湿法球磨混料后的复合粉末涂覆在45钢基体材料表面，然后进行激光熔覆。具体地，复合粉末涂覆的厚度为0.8～1.2mm。
[0032]在一些实施例中，激光熔覆中，激光熔覆功率为1000～2000W；扫描速度为500～1500mm/min。
[0033]在一些实施例中，G@SiO2的制备过程为：将纳米石墨烯加入至含有分散剂的有机溶剂中，分散均匀获得石墨烯分散液，向石墨烯分散液中添加水和氨水制成混合液，并采用氨水调节混合液的pH为8～8.5；先混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，其特征是，以Ni60粉末为主体材料，以NbC为增强相，以G@SiO2为润滑剂，经湿法球磨混料后进行激光熔覆形成；按照体积分数计，Ni60为68～72％，G@SiO2为1～15％，余量为NbC；所述G@SiO2是利用非均匀形核法在石墨烯表面形成SiO2外壳获得。2.如权利要求1所述的包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，其特征是，Ni60粉末的平均粒径为150～300目；或，NbC的平均粒径为90～110nm。3.如权利要求1所述的包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，其特征是，湿法球磨混料在惰性气氛中进行。4.如权利要求1所述的包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，其特征是，湿法球磨混料的过程为：将Ni60、NbC和G@SiO2分别加入有机溶剂中，超声分散，再将Ni60分散液、NbC分散液和G@SiO2分散液混合，超声分散获得混合液，然后在惰性气氛条件下，将混合液进行球磨；优选地，球磨过程中，Ni60、NbC和G@SiO2的总质量与磨球的质量比为1:9～11；优选地，球磨的时间为36～60h。5.如权利要求1所述的包覆石墨烯和碳化铌增强镍基复合涂层的制备方法，其特征是，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈照强，张文豪，许崇海，黄亚军，张如伟，田从丰，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：