一种定向凝固高承载涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种定向凝固高承载涂层及其制备方法，将氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末溶解于氨水中，形成溶胶，通过低温干燥技术制成胶状物，然后将胶状物刷涂于钢基体表面，形成胶体薄层；将涂有胶体薄层的钢基体进行表面辐照加热处理，辐照加热温度为1240～1410℃，保温7～13min，制得镍铬高温合金涂层，待涂层冷却后，再次刷涂胶体薄层，然后进行表面辐照处理，如此往复多次，至合金涂层厚度达到设定值为止；将所得合金涂层置于保护气氛的调温装置中，用激光重熔技术处理涂层，同时通过调节气氛温度控制涂层散热，得到定向凝固高承载涂层。此方法具有显微组织结构控制精度高、工艺稳定性和重复性强等优点，可实现定向凝固高承载涂层的高效制备。载涂层的高效制备。

A directionally solidified high load-bearing coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种定向凝固高承载涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高承载合金涂层制备
，特别涉及一种定向凝固高承载涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]涂层在交变高载荷作用下的快速磨损与破坏是缩短其使用寿命的主要原因之一，制约其在煤炭机械、石油化工机械、矿山机械等领域的应用。在交变高载的苛刻工况下，涂层的破坏主要源于三个方面，一是由于粗大的涂层组织使其硬度较低、耐磨性较差，难以抵抗高载荷摩擦条件，造成涂层的快速磨损失效；二是涂层的整体粗晶组织、组织不均匀性和孔隙等易导致其疲劳失效；三是弱的界面结合强度在交变载荷作用下易出现涂层剥离。因此，涂层/基体界面的结合强度及涂层的组织结构特征是决定涂层服役性能的重要因素，而传统的涂层制备方法难以继续提高界面强度及改善涂层的组织结构。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对传统的涂层制备方法难以继续提高界面强度及改善涂层的组织结构这个研发领域难题，提供了一种定向凝固高承载涂层及其制备方法，所制备的涂层耐磨性能优异。
[0004]为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：
[0005]一种定向凝固高承载涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末溶解于氨水中，形成溶胶，通过低温干燥技术制成胶状物，然后将胶状物刷涂于钢基体表面，形成胶体薄层；
[0007]将涂有胶体薄层的钢基体进行表面辐照加热处理，辐照加热温度为1240～1410℃，保温7～13min，制得镍铬高温合金涂层，待涂层冷却后，再次刷涂胶体薄层，然后进行表面辐照处理，如此往复多次，至合金涂层厚度达到设定值为止；
[0008]将所得合金涂层置于保护气氛的调温装置中，用激光重熔技术处理涂层，同时通过调节气氛温度控制涂层散热，得到定向凝固高承载涂层。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末的摩尔比为0.96～1.1:0.31～0.42:1.14～1.27。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述低温干燥技术工艺为：低温干燥温度为3～12℃，干燥时间12～24小时。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述胶体薄层厚度为(0.3～0.8)
±
0.1mm。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述钢基体为45#钢基体。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述刷涂胶体薄层和辐照加热处理的往复次数为3～5次，合金涂层厚度的设定值为0.4～1.9mm。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述激光重熔技术具体为：激光重熔温度为1520～1785℃，保护气氛为氩气，气压范围105～3
×
105Pa，气氛温度范围230～550℃。
[0015]一种定向凝固高承载涂层，由所述的制备方法制得。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述定向凝固高承载涂层具有定向结构，涂层/基体界面结合强度≥260MPa、涂层厚度为0.4～1.9mm，涂层表面硬度≥600Hv，滑动摩擦试验磨损量≤0.8微克每平方厘米每小时。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优势：
[0018]本专利技术先取氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末，溶解于氨水中，通过低温干燥技术制成胶状物，然后将胶状物刷涂于钢基体表面，形成胶体薄层。随后进行表面辐照加热处理，制得镍铬高温合金涂层，待涂层冷却后，重复刷涂胶体薄层并辐照处理，至合金涂层厚度达到设定值。最后将所得合金涂层置于保护气氛的调温装置中，用激光重熔技术处理涂层；其中低温干燥制胶是将易分解、难熔的金属氢氧化物溶于碱性溶液后，通过控制蒸发温度，以成功获得未分解的沉淀络合物胶体，为后续的原位还原反应提供合格前驱体；高真空辐照加热处理通过表面薄层加热，达到既有效还原胶体薄层，又不会对钢基体造成严重的热影响，而采用涂胶+原位还原工艺的周期性重复是为了防止胶体层还原不完全造成杂质，恶化涂层组织；激光重熔技术+介质温度控制整体技术调控从界面到涂层表面各位置的熔化速率、熔体散热量和凝固结晶方式等来得到集等轴晶和定向柱状晶的多尺度组织，保证界面结合性能，本专利技术制得的高承载涂层具有定向结构，涂层/基体界面结合强度≥260MPa、涂层厚度为0.4～1.9mm，涂层表面硬度≥600Hv，滑动摩擦试验磨损量≤0.8微克每平方厘米每小时。
具体实施方式
[0019]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
[0020]本专利技术描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本专利技术的范围，即本
技术实现思路
可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
[0021]本专利技术中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
[0022]本专利技术中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由
……
组成”和“主要由
……
组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
[0023]本专利技术中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
[0024]本专利技术提供一种定向凝固高承载涂层的制备方法，包括下述步骤：
[0025]1)按摩尔比0.96～1.1:0.31～0.42:1.14～1.27称量氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末，溶解于氨水中，通过低温干燥技术，在3～12℃，12～24小时下制成胶状物，然后将胶
状物刷涂于钢基体表面，形成(0.3～0.8)
±
0.1mm厚度胶体薄层；
[0026]2)将涂有胶体薄层的钢基体在高真空下进行表面辐照加热处理，温度1240～1410℃，保温7～13min，制得镍铬高温合金涂层，冷却后，再次进行刷涂胶体薄层+高真空辐照处理，如此往复3～5次，至合金涂层(镍铬高温合金涂层)厚度达到0.4～1.9mm；
[0027]3)将所得合金涂层置于气压为105～3
×
105Pa的氩气气氛调温装置中，用激光重熔技术在1520～1785℃温度处理涂层，同时通过调节气氛温度范围230～550℃控制涂层散热，最终得到定向凝固高承载涂层。
[0028]本专利技术采用胶体刷涂技术、合金原位合成技术、激光重熔+控温定向凝固技术成功实现了定向高承载涂层的制备。
[0029]本专利技术还提供一种定向凝固本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向凝固高承载涂层及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末溶解于氨水中，形成溶胶，通过低温干燥技术制成胶状物，然后将胶状物刷涂于钢基体表面，形成胶体薄层；将涂有胶体薄层的钢基体进行表面辐照加热处理，辐照加热温度为1240～1410℃，保温7～13min，制得镍铬高温合金涂层，待涂层冷却后，再次刷涂胶体薄层，然后进行表面辐照处理，如此往复多次，至合金涂层厚度达到设定值为止；将所得合金涂层置于保护气氛的调温装置中，用激光重熔技术处理涂层，同时通过调节气氛温度控制涂层散热，得到定向凝固高承载涂层。2.根据权利要求1所述的定向凝固高承载涂层的制备方法，其特征在于，所述氢氧化镍、氢氧化铬和焦糖粉末的摩尔比为0.96～1.1:0.31～0.42:1.14～1.27。3.根据权利要求1所述的定向凝固高承载涂层的制备方法，其特征在于，所述低温干燥技术工艺为：低温干燥温度为3～12℃，干燥时间12～24小时。4.根据权利要求1所述的定向凝固高承载涂层的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文生，高华，宋强，张春芝，吴杰，孙金全，刘礼，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：