具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法技术

具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法，本发明专利技术为了解决现有金属机械运动部件在大冲击、高磨损工况条件下磨损严重、易失效和服役寿命短等问题。制备方法：一、将耐高温纤维和NiXY金属粉末球磨混合；二、将强化相粉末和FeMnSiA金属粉末球磨混合；三、打磨金属基体；四、在金属基体上施加超声振动，采用激光熔覆工艺制备自适应吸能层；五、采用激光熔覆工艺制备自硬化耐磨层；六、对双重吸能涂层进行打磨；七、对双重吸能涂层进行超声深滚处理。本发明专利技术双重吸能抗冲击智能涂层中的表层通过吸能相变机制将冲击能转变为自身强化的动力，内层将纵向冲击能量吸收后横向传输、扩散，提高涂层综合力学性能。层综合力学性能。层综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】
具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于表面工程领域，具体涉及一种具有“自适应
‑
自硬化”的双重吸能抗冲击智能涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于技术的发展，各种机械设备的功率逐渐提高，使得机械零部件的工作环境越来越复杂恶劣，如大冲击、高磨损恶劣工况，其运动部件频繁发生疲劳、磨损、断裂等失效，因此需要及时进行更换，造成生产成本大幅提高。而目前在材料表面利用表面改性技术制备抗冲击耐磨涂层是延长零部件使用寿命的有效手段。
[0003]抗冲击涂层的结构设计特点有单层、多层的结构涂层。单层涂层在冲击下易产生边缘裂纹和径向裂纹，服役寿命短。多层涂层在低冲击载荷下表现出较高的抗循环冲击性，而在大冲击载荷下表现出较差的循环冲击性，难以在大冲击、高磨损恶劣工况下长期使用。为了突破大冲击、高磨损工况下抗冲击涂层服役寿命短的问题，公开号为CN113118001A，专利名称为《一种具有抗冲击和耐磨性能复合涂层的制备方法》的专利中采用聚脲与石墨烯负载二硫化钼纳米片原位聚合的方式，制备出聚脲石墨烯复合抗冲击高耐磨涂层，但由于聚脲的物理特性，在超过200℃时，其性能受到严重弱化，不能有效防护零件在大冲击，高磨损工况下长时间使用。公开号CN113235036A，专利名称为《一种机制砂用硬质颗粒增强耐冲击磨损涂层的制备方法》的专利中采用等离子喷涂与激光重熔相结合在高锰钢上制备硬质颗粒增强耐冲击磨损涂层，具有较好的抗冲击性能与耐磨性能，但该涂层受限于高锰钢基体，若更换基体，则难以抵抗大冲击作用。因此，目前亟需一种强结合、耐大冲击、高耐磨的强韧一体化涂层来大幅提高在大冲击、高磨损恶劣工况下零件的服役寿命。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有金属机械运动部件在大冲击、高磨损工况条件下磨损严重、易失效和服役寿命短等问题，而提供一种具有“自适应
‑
自硬化”的双重吸能抗冲击智能涂层的制备方法。
[0005]本专利技术具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法按照以下步骤实现：
[0006]一、制备自适应吸能层合金粉末：
[0007]按照重量百分比将3％
‑
8％的耐高温纤维和92％
‑
97％的NiXY金属粉末球磨混合，得到自适应吸能层合金粉末；
[0008]二、制备自硬化耐磨层合金粉末；
[0009]按照重量百分比将10％
‑
20％的强化相粉末和80％
‑
90％的FeMnSiA金属粉末球磨混合，得到自硬化耐磨层合金粉末；
[0010]三、打磨金属基体，清洗后得到表面光洁的金属基体；
[0011]四、在表面光洁的金属基体上施加超声振动，采用激光熔覆工艺，以自适应吸能层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1000
‑
2000W、扫
描速率5
‑
15mm/s，在金属基体表面制备自适应吸能层；
[0012]五、在吸能自适应层上采用激光熔覆工艺制备自硬化耐磨层，以自硬化耐磨层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1500
‑
2200W、扫描速率5
‑
15mm/s，在金属基体表面制备得到双重吸能涂层；
[0013]六、对双重吸能涂层进行打磨，清洗，烘干；
[0014]七、对双重吸能涂层进行超声深滚处理，得到具有双重吸能抗冲击的智能涂层；
[0015]其中步骤一中NiXY合金中的X为Ti、Mn或者Al，Y为Cu、Co、Nb、Ga、In、Sn、W中的一种或多种混合元素；步骤二中所述的强化相为ZrO2、Cr3C2、TiC、SiC、WC中的一种或多种混合粉末，步骤二中FeMnSiA合金中的A为Co、Ni、Mo、Al、V、Cr中的一种或多种混合元素。
[0016]本专利技术设计一种具有“自适应
‑
自硬化”的双重吸能抗冲击智能涂层，双重吸能抗冲击智能涂层分为自硬化(强化)耐磨层与自适应吸能层。其中表层为自硬化耐磨层，在受到大冲击时，借助本身的吸能相变机制将冲击能转变为自身强化的动力，提高涂层强度、硬度等综合性能，同时减弱了向内传导的冲击能。而内层为具有能量传输通道的阻尼自适应吸能层，能够借助能量传输通道将纵向冲击能量吸收后横向传输、扩散，同时借助自身阻尼性能削减冲击能，再次减弱大冲击对零部件内部的损害，使得机械零件不会轻易失效，具有较长时间寿命。
[0017]本专利技术涉及一种具有“自适应
‑
自硬化”的双重吸能抗冲击智能涂层的制备方法，其通过超声场辅助激光熔覆技术制备双重吸能抗冲击智能涂层，优化超声场发生器的角度、频率、振幅，通过超声振动调控纤维在自适应吸能层中趋于横向排列，形成横向能量扩散通道，再通过超声深滚处理双重吸能抗冲击智能涂层，预强化自硬化耐磨层，提高涂层综合力学性能，并且赋予涂层表面一定残余压应力，提高材料的抗疲劳性能，最终实现涂层抗大冲击及耐高速磨损性能的协同提升。
附图说明
[0018]图1为本专利技术具有双重吸能抗冲击的智能涂层的示意图；
[0019]图2为实施例中具有双重吸能抗冲击的智能涂层与Ni基耐磨层在不同深度的平均显微硬度测试图，其中
■
代表智能涂层，
●
代表Ni基耐磨层；
[0020]图3为实施例中具有双重吸能抗冲击的智能涂层与Ni基耐磨层摩擦系数曲线图，其中1代表智能涂层，2代表Ni基耐磨层；
[0021]图4为实施例中具有双重吸能抗冲击的智能涂层与Ni基耐磨层冲击功柱状图。
具体实施方式
[0022]具体实施方式一：本实施方式具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法按照以下步骤实施：
[0023]一、制备自适应吸能层合金粉末：
[0024]按照重量百分比将3％
‑
8％的耐高温纤维和92％
‑
97％的NiXY金属粉末球磨混合，得到自适应吸能层合金粉末；
[0025]二、制备自硬化耐磨层合金粉末；
[0026]按照重量百分比将10％
‑
20％的强化相粉末和80％
‑
90％的FeMnSiA金属粉末球磨
混合，得到自硬化耐磨层合金粉末；
[0027]三、打磨金属基体，清洗后得到表面光洁的金属基体；
[0028]四、在表面光洁的金属基体上施加超声振动，采用激光熔覆工艺，以自适应吸能层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1000
‑
2000W、扫描速率5
‑
15mm/s，在金属基体表面制备自适应吸能层；
[0029]五、在吸能自适应层上采用激光熔覆工艺制备自硬化耐磨层，以自硬化耐磨层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法，其特征在于该制备方法按下列步骤实现：一、制备自适应吸能层合金粉末：按照重量百分比将3％
‑
8％的耐高温纤维和92％
‑
97％的NiXY金属粉末球磨混合，得到自适应吸能层合金粉末；二、制备自硬化耐磨层合金粉末；按照重量百分比将10％
‑
20％的强化相粉末和80％
‑
90％的FeMnSiA金属粉末球磨混合，得到自硬化耐磨层合金粉末；三、打磨金属基体，清洗后得到表面光洁的金属基体；四、在表面光洁的金属基体上施加超声振动，采用激光熔覆工艺，以自适应吸能层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1000
‑
2000W、扫描速率5
‑
15mm/s，在金属基体表面制备自适应吸能层；五、在吸能自适应层上采用激光熔覆工艺制备自硬化耐磨层，以自硬化耐磨层合金粉末作为熔覆粉体，控制激光熔覆参数为：激光波长1053nm、激光功率1500
‑
2200W、扫描速率5
‑
15mm/s，在金属基体表面制备得到双重吸能涂层；六、对双重吸能涂层进行打磨，清洗，烘干；七、对双重吸能涂层进行超声深滚处理，得到具有双重吸能抗冲击的智能涂层；其中步骤一中NiXY合金中的X为Ti、Mn或者Al，Y为Cu、Co、Nb、Ga、In、Sn、W中的一种或多种混合元素；步骤二中所述的强化相为ZrO2、Cr3C2、TiC、SiC、WC中的一种或多种混合粉末，步骤二中FeMnSiA合金中的A为Co、Ni、Mo、Al、V、Cr中的一种或多种混合元素。2.根据权利要求1所述的具有双重吸能抗冲击的智能涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述的耐高温纤维的直径为5
‑
10μm，长度为45<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金国，封立同，崔秀芳，关亚杰，李健，陈迪，李昕瑶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：