镍基自熔性合金－稀土复合涂层材料及其制备方法技术

镍基自熔性合金－稀土复合涂层材料及其制备方法，其特征是选用镍基自熔性合金粉末，添加微量稀土合金或稀土金属或稀土氧化物，在零件表面形成合金涂层。本发明专利技术涂层材料是在１０３０～１０５０℃较低的工作温度下，采用真空熔结的工艺方法进行制备，有效避免母材过热受损，涂层各项性能指标优于单一的镍基自熔性合金涂层和镍基自熔性合金－金属化合物复合涂层，有效阻滞碳钢中的Ｆｅ向涂层扩散“稀释”合金涂层，成本低，操作方便，涂层成型性能好，综合力学性能和耐腐蚀、抗氧化性能优良，强度塑性良好配合，使用寿命长，适宜制备在强烈磨损、高温氧化、酸碱盐腐蚀环境下工作的零件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳钢、合金钢零件获取耐磨、耐腐蚀性能的表面冶金技术，特别是一种在钢基体附加高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性的镍基自熔性合金-稀土复合涂层材料及其制备。
技术介绍
在普通的碳钢、低合金钢基体上涂覆一层高硬度、高耐磨、高耐蚀合金涂层的表面强化技术已经得到广泛的应用，涂层材料有铁基、镍基和钴基合金等，形成涂层的工艺方法有堆焊、热喷涂、热喷焊、激光熔覆、等离子熔覆、真空熔结等。其中，基于涂层材料和工艺方法的性价比，以真空熔结的方法制备镍基合金涂层已经成为获取高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性等最常见的表面强化技术之一。为了进一步提高涂层的硬度和耐磨性，人们常在镍基合金粉末中加入金属间化合物WC、CrB和Cr3C2等，在涂层中形成数量众多的、细小的、弥散分布的硬化相质点。已有查莹等人以激光熔覆来制备NiCrBSi自熔性合金和WC复合涂层，但有涂覆层与基体界面处易产生裂纹和气孔等缺陷，限制了激光熔覆复合涂层的应用(《中国激光》，1999，26(10)947～950)。86108069.6号中国专利利用等离子喷焊得到的镍基非自熔性合金和碳化物的复合涂层，但涂层与基体结合强度不理想，有气孔及裂纹，抗氧化、耐腐蚀性能不良，工程应用受到制约。魏军等人在中等硬度镍基合金粉末中加入了含镍的碳化铬粉末，用真空熔结的方法得到了耐磨性良好的合金涂层，但是涂层与基体的结合强度较低，涂层易剥落，难以实际应用(《钢铁研究》，1990年，第3期)。李志(《材料工程》，2000年，第1期，7～12)、王俊英(《热加工工艺》，2001年，第1期，14～16)、林化春(专利技术专利申请公开说明书，CN1124786A，1～8)等人在高硬度镍基合金粉末中加入了WC、Cr3C2等金属间化合物粉末，在1100～1150℃下，采用真空熔结方法得到了高硬度、高耐磨性、高抗热疲劳性的合金涂层，但是未能有效地解决因WC、Cr3C2偏析致使涂层硬度不均匀现象，也未能避免各组成相膨胀收缩不一而产生的裂纹、气孔等缺陷，碳钢母材中Fe元素向涂层扩散，引起涂层“稀释”导致合金涂层性能下降的现象、以及在较高温度下碳钢母材过热造成零件基体性能恶化的现象，而且添加金属间化合物会增加涂层的成本。
技术实现思路
本专利技术是利用稀土金属的改性作用，提供一种具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、低脆性、低裂纹敏感性，涂层与母材良好结合，消除或减轻Fe的“稀释”，在较低温度下形成的镍基自熔性合金-稀土复合涂层材料及其制备方法，解决经强化处理的涂层硬度与塑性不匹配、涂层易开裂剥落的问题。无须添加金属间化合物，可以得到低成本的合金涂层。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是本专利技术较低温度下形成的镍基自熔性合金-稀土复合涂层材料，其特点是由组分A粉末和组分B粉末按如下重量百分比复合而成A99.6～99.9％、B0.1～0.4％，两组分的总和为100％；其中组分A为镍基自熔性合金粉末，所含成分的重量百分比为C0.7～1.0、Cr12～18、Si3.0～4.0、B2.5～4.0、Fe10～15、Ni余量，粉末粒度为-100～+280目；组分B为稀土合金或稀土金属或稀土氧化物，其中a、所述稀土合金为富铈合金混合稀土粉末，所含成分的重量百分比为Ce47.5～52.5、La26～28、Nd13～17、Pr4～8、Fe≤0.3、Mg≤0.05、Mo≤0.1、C≤0.05，粉末粒度为-100～+280目；b、所述稀土金属为稀土钇粉末，所含成分的重量百分比为Y99.2～99.7、(La+Sm+Gd+Td+Dy+Ho+Er+Yb)≤0.1、Fe≤0.05、Si≤0.02、Ca≤0.1、O≤0.3、C≤0.03、Ni≤0.05、Mg≤0.05、(Ta+Ti)≤0.2，粉末粒度为-100～+280目；c、所述稀土氧化物为氧化镧粉末，所含成分的重量百分比为La2O399.90～99.95、(CeO2+Pr6O11+Nd2O3+Sm2O3+Y2O3)≤0.1、Fe2O3≤0.001、SiO2≤0.03、CaO≤0.01，粉末粒度为-100～+280目。本专利技术镍基自熔性合金-稀土复合涂层材料的制备方法的特点是采用真空熔结表面冶金法制备，具体步骤为a、零件表面的预处理对零件的待加工表面清洗、除油、去污；b、合金粉末的配制以各自的组分、粒度和比例进行混合，并置于球磨机里加无水乙醇湿式混粉，球料比5∶1，混粉时间为2小时；c、调制料浆与涂覆在混好的稀土合金粉末里加入粘结剂形成料浆，料浆涂覆于零件清洁的表面，调节涂覆层的厚度后放入烘箱中，在80～100℃烘1～2小时，出炉后精整外形；d、熔结将烘干后的零件放入真空炉内，真空度为10-5～10-6Mpa，加热到1030～1050℃，保温5分钟，然后随炉冷却至180℃出炉空冷，即得致密的合金涂层。本专利技术在1030～1050℃较低的工作温度下，采用真空熔结的工艺方法，选用高硬度(＞55HRC)的镍基(NiCrBSi系列)合金粉末，添加微量混合稀土、稀土金属或稀土化合物粉末，在零件表面形成高结合强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的合金涂层。借助本专利技术镍基自熔性合金-稀土复合涂层材料及其制备方法，在碳钢表面可获得高性能的合金涂层，在不损害母材的前提下对零件的表面产生明显的改性效果。与已有技术相比，本专利技术在涂层性能上的有益效果体现在1、镍基自熔性合金-稀土复合涂层的表面质量优秀，可达到镜面效果。涂层表面无裂纹、气孔等缺陷，保证了良好的承载能力。2、增强了母材与涂层界面的冶金结合，较大幅度地提高了结合强度，不出现在服役早期涂层的脱落、开裂现象。3、合金复合涂层具有较高的硬度，平均大于56HRC；与无稀土的真空熔结镍基自熔性合金(NiCrBSi系)涂层相比，涂层基体显微硬度提高30％，达500HV；硬质相显微硬度提高10％，达1200HV。4、合金复合涂层耐磨性比无稀土的真空熔结镍基自熔性合金涂层提高10倍以上。5、合金复合涂层具有极高的耐腐蚀性，在盐酸、硝酸、氯化钠、氢氧化钠中腐蚀率低于镀铬层，常温下几乎不受硫酸腐蚀，800℃下240小时连续受热，也几乎不被氧化增重。应用本专利技术，可以在较低的温度下获得镍基自熔性合金-稀土复合涂层，避免母材过热受损。涂层的各项性能指标优于单一的镍基自熔性合金涂层和镍基自熔性合金-金属化合物复合涂层，能有效地阻滞碳钢中的Fe向涂层扩散“稀释”合金涂层，具有成本低，操作方便，涂层成型性能好，综合力学性能和耐腐蚀、抗氧化性能优良，强度塑性良好配合，使用寿命延长等特点，适宜制备在强烈磨损、高温氧化、酸碱盐腐蚀环境下工作的零件。较低的温度下获得镍基自熔性合金-稀土复合涂层优秀的性能特性是由于稀土金属对涂层化学组成、显微结构、界面结合、扩散行为等积极的改性所致。本专利技术在涂层的化学组成、微观结构上有益效果体现在1、本专利技术涂层化学组成的有益效果体现在利用电子能谱仪对镍基自熔性合金-稀土复合涂层的化学组成分析结果如表1，纵截面成分线扫描分布见附附图说明图1(a)和图1(b)。表1 由上表可见，与无稀土的NiCrBSi涂层相比，NiCrBSi-RE复合涂层中固溶体基体和硬质相的Fe含量都明显减少，说明稀土有效地阻碍了Fe扩散造成的涂层“稀释”现象。固溶体基体中Ni含本文档来自技高网...

【技术保护点】
镍基自熔性合金－稀土复合涂层材料，其特征是由组分Ａ粉末和组分Ｂ粉末按如下重量百分比复合而成：组分Ａ：９９．６～９９．９％、组分Ｂ：０．１～０．４％，两组分的总和为１００％；其中：组分Ａ为镍基自熔性合金粉末，所含成分的重量百分 比为Ｃ：０．７～１．０、Ｃｒ：１２～１８、Ｓｉ：３．０～４．０、Ｂ：２．５～４．０、Ｆｅ：１０～１５、Ｎｉ：余量，粉末粒度为：－１００～＋２８０目；组分Ｂ为稀土合金或稀土金属或稀土氧化物，其中：ａ、所述稀土合金为富铈合金混合 稀土粉末，所含成分的重量百分比为Ｃｅ：４７．５～５２．５、Ｌａ：２６～２８、Ｎｄ：１３～１７、Ｐｒ：４～８、Ｆｅ≤０．３、Ｍｇ≤０．０５、Ｍｏ≤０．１、Ｃ≤０．０５，粉末粒度为：－１００～＋２８０目；ｂ、所述稀土金属为稀土钇粉末，所 含成分的重量百分比为Ｙ：９９．２～９９．７、（Ｌａ＋Ｓｍ＋Ｇｄ＋Ｔｄ＋Ｄｙ＋Ｈｏ＋Ｅｒ＋Ｙｂ）≤０．１、Ｆｅ≤０．０５、Ｓｉ≤０．０２、Ｃａ≤０．１、Ｏ≤０．３、Ｃ≤０．０３、Ｎｉ≤０．０５、Ｍｇ≤０．０５、（Ｔａ＋Ｔｉ）≤０．２，粉末粒度为：－１００～＋２８０目；ｃ、所述稀土氧化物为氧化镧粉末，所含成分的重量百分比为Ｌａ↓［２］Ｏ↓［３］：９９．９０～９９．９５、（ＣｅＯ↓［２］＋Ｐｒ↓［６］Ｏ↓［１１］＋Ｎｄ↓［２］Ｏ↓［３］＋Ｓｍ↓［２］Ｏ↓［３］＋Ｙ↓［２］Ｏ ↓［３］）≤０．１、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］≤０．００１、ＳｉＯ↓［２］≤０．０３、ＣａＯ≤０．０１，粉末粒度为：－１００～＋２８０目。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宣天鹏，闵丹，祖国全，向启琦，
申请(专利权)人：合肥工业大学，安徽省方舟科技开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]