一种活塞环用热喷涂复合涂层材料及其制备方法，属于材料表面工程领域。复合涂层的材料主要由4种不同粉末机械混合而成，包括陶瓷材料TiO2，粉末直径在20~120μm，质量分数20~60wt.%；自熔合金NiCrBSiFe，粉末直径在30~130μm，质量分数0~30wt.%；陶瓷增强材料Cr2O3，粉末直径在10~70μm，质量分数20~40wt.%；减摩材料镍包石墨C-Ni，粉末直径在20~120μm，质量分数0~20wt.%。本发明专利技术采用大气等离子喷涂技术制备活塞环用耐磨涂层，所制备的涂层具有优越的耐磨性能。
Thermal spraying composite coating material for piston ring and preparation method thereof
The invention relates to a thermal spraying composite coating material for piston rings and a preparation method thereof, which belongs to the field of surface engineering of materials. The composite coating material is mainly composed of 4 kinds of powder by mechanical mixing, including ceramic material TiO2 powder, 20~120 in diameter m, the mass fraction of 20~60wt.%; self fluxing alloy powder NiCrBSiFe, 30~130 in diameter m, the mass fraction of 0~30wt.% ceramic reinforced materials; Cr2O3 powder, 10~70 in diameter m, the mass fraction of 20~40wt.% reduction; the friction material of nickel coated graphite powder C-Ni, 20~120 in diameter m, the mass fraction of 0~20wt.%. The invention uses the atmospheric plasma spraying technology to prepare the wear-resistant coating for the piston ring.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种活塞环用热喷涂复合涂层材料及其制备技术，属于复合材料及热喷涂
，该专利技术主要应用于活塞环耐磨涂层领域。
技术介绍
活塞环是发动机中的关键零部件，长时间在较高温度下做上下往复运动，在其行程的上下止点处速度接近零，润滑油膜难以建立，处于边界润滑状态，摩擦磨损现象非常严重。从统计上看，活塞环摩擦磨损在整机摩损中占最大比例，约40%。目前，往往采用表 面涂层技术来改善活塞环的耐磨性能，常用的技术包括电镀、氮化、热喷涂、PVD、CVD等。电镀技术严重污染环境，应用前景很不明朗，相对其它技术采用氮化技术的涂层耐磨性并没有显著提高，采用PVD/CVD技术得到的耐磨涂层性能优越，但涂层厚度往往小于50 μ m，严重限制其应用。热喷涂技术，尤其是大气等离子喷涂技术，在耐磨涂层制备上具有一定优势，并且其耐磨涂层厚度可控，可喷涂粉末广。当今，热喷涂复合涂层的研究及开发主要以Mo基材料为主，非Mo及低Mo热喷涂复合涂层研究较少，本专利涉及一种新型无Mo热喷涂复合涂层。TiO2具有硬度较高，耐磨性较好，摩擦系数较低的特点，尤其是在喷涂过程中容易生成次生氧化物TinO2lri，该氧化物具有晶体学切变面，是良好的固态润滑相。Cr2O3是一种硬度很高，有着良好耐磨性的陶瓷涂层，但是大气等离子喷涂技术制备的陶瓷涂层，往往涂层中存在很大的残余应力，引发严重的裂纹，降低涂层的内聚强度，对陶瓷涂层的耐磨性能产生不利的影响。自熔合金NiCrBSiFe也是一种常用的耐磨涂层材料，与陶瓷材料不同，在喷涂过程中NiCrBSiFe粉末熔化充分，涂层颗粒之间结合强度高，涂层致密，并且喷涂过程能够生成硬质相Ni3B,改善涂层的耐磨性,但相对陶瓷涂层，NiCrBSiFe金属涂层的耐磨性较低。润滑相对耐磨涂层的影响比较显著，可以有效降低涂层的摩擦系数，与耐磨材料同时存在时，可以显著改善涂层的耐磨性能。C-Ni中的石墨C属于典型的固态润滑相，包覆材料Ni可以防止C在喷涂过程中发生氧化现象，从而保证涂层中存在数目较多的润滑相。如今的活塞环耐磨涂层主要由单一材料组成，而耐磨涂层的设计与材料的多种性能相关，单一材料很难满足要求。本专利技术方法涉及的一种活塞环用热喷涂复合材料，由疒4种材料组合而成(包含某一种或两种材料质量分数为零的情况)，涂层性能不仅仅受单一材料的影响，而与多种材料相关，可以保证耐磨涂层满足活塞环工况需求。
技术实现思路
本专利技术旨在获得一种活塞环用高摩擦学性能的热喷涂复合涂层材料、涂层的制备方法。本专利技术所涉及的耐磨涂层制备方法，主要是大气等离子喷涂方法，所获得的耐磨涂层应用在活塞环上，可以显著提高活塞环的耐磨性。—种活塞环用热喷涂复合涂层材料，由四种材料组成。2(T60wt.%的TiO2,0 30wt.% 的 NiCrBSiFe，20 40wt.% 的 Cr2O3,0 20wt.% 的 C-Ni。优选的，所述的TiO2粉末直径20 120 μ m ；优选的，自熔合金NiCrBSiFe粉末直径30 130 μ mum ;优选的，陶瓷增强材料Cr2O3粉末直径1(Γ70 μ m ；优选的，减摩材料镍包石墨C-Ni粉末直径2(Γ120 μ m。Ni重量含量在65 80%。优选的，米用机械混合方法充分混合原始粉末。优选的，采用上述复合粉末作为喂料，利用大气等离子喷涂方法制备耐磨涂层，每次喷涂厚度不得高于50μπι，每次喷涂间隔时间至少lOmin，待基体温度低于200°C再进行下一次喷涂，涂层最终厚度350-360 μ m左右。所制备的耐磨涂层应用于活塞环外表面上。本专利技术所获得的活塞环用热喷涂复合材料，包含了陶瓷基体TiO2，颗粒较小且具有极高硬度、耐磨性的Cr2O3作为增强颗粒，能提高复合材料之间结合强度、韧性的自熔合金NiCrBSiFe,具有良好固态润滑效果的润滑材料C-Ni。可以显著提高涂层的耐磨性、内聚强度、抗裂性，并有效地降低涂层的摩擦系数。采用本专利技术制备的活塞环涂层具有优越的摩擦学性能。具体实施方式以下实施例阐明了本专利技术的具体内容，但本专利技术决非局限于以下实施例。实施例各实施例中相同部分如下所述:1.实施例中喷涂基体选择45号钢，尺寸19X12.3 X 12.0，表面经过磨床加工，使其表面粗糙度Ra值达到0.4。2.在19X12.3的任一个面上进行喷砂处理，采用粒度为16 24目棕刚玉，气体压强0.4^0.6MPa，喷砂距离70mm，喷砂角度7(Γ80度，持续时间IOs以上，完成对基体的粗化处理,喷涂前用丙酮清洗喷砂表面。3.采用机械混合法配置混合粉末，并使复合粉末混合均匀，机械混粉时间不低于30分钟，混合粉末各组成成分质量分数在实施例中具体说明，原始粉末TiO2直径 20 120 μ m, NiCrBSiFe 直径 30 130 μ mum, Cr2O3 直径 10 70 μ m, C-Ni 直径 20 120 μ m。4.选择混合粉末作为喂料进行喷涂，喷涂工艺参数选择Ar气流量39L/min，H2气流量9L/min，电流600A，喷涂功率约为42Kw，喷涂距离100mm，送粉率40g/min。每次喷涂厚度不得高于50μπι，每次喷涂间隔时间至少lOmin，待基体温度低于200°C再进行下一次喷涂，并且喷涂时对基体背面进行充分冷却，以降低涂层应力，反复喷涂最终获得350 μ m左右的涂层。实施例1`按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 60.0wt.%, NiCrBSiFe 0.0wt.%, Cr2O3 40.0wt.%，C-Ni 0.0wt.%。实施例2按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 53.3wt.%, NiCrBSiFe 0.0wt.%, Cr2O3 33.3wt.%，C-Ni 13.4wt.%。实施例3按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 55.0wt.%, NiCrBSiFe 15.0wt.%，Cr2O3 20.0wt.%，C-Ni 10.0wt.%。实施例4按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 60.0wt.%, NiCrBSiFe 0.0wt.%，Cr2O3 20.0wt.%，C-Ni 20.0wt.%。实施例5按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 66.7.0wt.%，NiCrBSiFe 0.0wt.%，Cr2O3 26.7wt.%，C-Ni 6.6wt.%。实施例6按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 42.5wt.%，NiCrBSiFe 16.5wt.%，Cr2O3 30.5wt.%，C-Ni 10.5wt.%。实施例7按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 80.0wt.%, NiCrBSiFe 0.0wt.%，Cr2O3 20.0wt.%，C-Ni 0.0wt.%。实施例8按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 20.0wt.%, NiCrBSiFe 30.0wt.%，Cr2O3 25.0wt.%，C-Ni 20.0wt.%。实施例9按照四种粉末质量百分比配置复合粉末，TiO2 50.0wt.%, NiCrBSiFe 30.0wt.%，Cr2O3 20.0wt.%，C-Ni 0.0wt.%。实施例10按照四种粉末质量百分比配置复合粉末本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种活塞环用热喷涂复合涂层材料，其组成成分及含量：20~60wt.%的TiO2，0~30wt.%的NiCrBSiFe，20~40wt.%的Cr2O3，0~20wt.%的C?Ni。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，孙日超，栗卓新，魏琪，祝弘滨，刘旭，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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