一种具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法技术

本发明专利技术属于镍基复合耐磨涂层领域，涉及一种具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，主要目的在于实现抑制激光增材中含有陶瓷颗粒的镍基合金复合涂层裂纹产生，同时保证涂层表面高硬及良好耐磨的技术要求。首先将基材表面的氧化皮及油污去除，然后选用镍基合金中高硬度的Ni60作为粉末主体，添加高硬度的纳米WC、TiC等颗粒作为结构强化，加入一定量性能优异的纯镍粉末，采用复合粉末配比和激光增材工艺调整抑制裂纹产生。本发明专利技术对镍基高硬度耐磨涂层增材制备时产生的裂纹进行有效抑制，实现了优异耐磨高硬度镍基复合涂层的制备，同时去除涂层制备过程中基材高温预热工序，缩短了涂层的制备周期。层的制备周期。

【技术实现步骤摘要】
C276镍基高温合金基材装夹在铣床上，采用清洗剂清洗风干后，将Hastelloy C276镍基高温合金基材表面氧化皮铣加工掉，露出光亮的洁净金属表面。
[0014]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(2)中，用电子天平称取镍基复合粉末，按重量百分比计，镍基复合粉末的组成为：Ni60为70％～90％，纯镍粉为10％～30％，WC和TiC为0％～20％，其二者质量比例为1:1～3:1。
[0015]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(3)中，利用行星式球磨机，将配置的镍基复合粉末利用机械球磨进行均匀混合，球粉质量比3～7:1，混合时间为1.5～2.5h，球磨机转速300～400rpm，将其置于150～180℃下干燥90～150min。
[0016]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(4)中，通过优化激光工艺制备镍基复合涂层，其工艺参数范围为：激光功率为500～2000W，采用氩气保护，保护气氩气流量为10～15L/min，激光扫描速度为5～15mm/s，送粉速度为0.5～1.5r/min，道与道之间的搭接率为45～55％。
[0017]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(5)中，采用铣床对涂层表面进行最后精加工，以Hastelloy C276镍基高温合金基材设计尺寸及精度要求为准。
[0018]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(2)中，按重量百分比计，Ni60粉末化学成分范围如下：C1.00～1.60，Cr14.00～17.00，Si3.00～4.50，Mo1.00～3.00，Cu3.00～4.50，Fe≤15.00，Ni余量。
[0019]所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，步骤(2)中，Ni60粉末粒度为53～150μm，纯镍粉末粒度为40～90μm，WC、TiC粒度均为40～120nm。
[0020]本专利技术的设计思想是：
[0021]本专利技术针对含有陶瓷颗粒镍基高硬耐磨涂层的开裂问题，提出一种具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法。首先将Hastelloy C276镍基高温合金轴表面的氧化皮和油污去除，然后称取不同含量的Ni60、WC、TiC、纯镍粉，将配置的镍基复合粉末利用机械球磨进行均匀混合并干燥，采用激光增材制造技术并优化其工艺参数在Hastelloy C276表面制备镍基复合涂层，并通过对涂层表面硬度进行测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层，最后通过精密机加的方法使涂层恢复至设计尺寸。本专利技术采用韧化及强化材料成分和优化激光增材工艺，以抑制激光增材制造中镍基复合涂层裂纹产生。混入韧化合金纯镍改变了镍基复合粉末体系的导热系数，一方面降低了涂层的冷却速率，减小了涂层内部的温度梯度，使得应力分布变得均匀，开裂倾向降低，另一方面通过降低陶瓷颗粒WC、TiC等对镍基合金粉末的拘束度，降低了涂层裂纹的敏感性，同时通过添加的纳米WC、TiC等颗粒避免了由于镍添加而导致的涂层硬度降低问题影响。本专利技术对镍基复合涂层在激光增材过程中产生的裂纹进行有效抑制，解决了涂层在实际工程应用中大面积熔覆出现开裂的问题。
[0022]本专利技术所达到的优点及有益效果是：
[0023]1、本专利技术通过改变粉末材料成分来抑制镍基Ni60涂层熔覆产生裂纹的方法，其关键点为以Ni60作为粉末主体，添加纳米WC、TiC等颗粒作为结构强化，加入纯镍作为韧化元素，采用了降低裂纹倾向的激光增材涂层工艺参数，通过韧化元素产生的缓释涂层应力的效果，从而达到抑制裂纹产生的目的。
[0024]2、本专利技术通过添加纳米WC、TiC等陶瓷颗粒，对涂层中晶界的生长起到促进作用，
使得晶粒细化而提升整体硬度，同时，纳米陶瓷颗粒在熔池中流动至表面会使得在涂层表面出现一层耐磨层。
[0025]3、本专利技术采用行星球磨机对Ni60合金粉末和纳米陶瓷颗粒进行球磨混合，将粉末进行机械合金化。机械合金化使得纳米颗粒预先嵌入Ni60合金颗粒表面，避免了由于纳米粉末与Ni60合金粉末粒径相差较大造成的纳米粉末流失问题，这样不仅保证了进入熔池中的纳米颗粒数量，也保证了陶瓷颗粒强化相在整个粉末体系中的分布均匀性。同时，本专利技术采用具有高硬度WC、TiC等纳米级尺寸颗粒作为结构强化，利用纳米颗粒的小尺寸效应，对涂层的性能进行更进一步的提高。
[0026]4、本专利技术提供的抑制镍基Ni60陶瓷颗粒复合涂层熔覆裂纹的方法，其制备工艺易于操作，可省去涂层制备过程中基材高温预热工序，缩短了涂层的制备周期。
[0027]5、采用本专利技术的涂层制备工艺可在一定程度上达到采用韧化合金元素包覆陶瓷颗粒进行涂层制备的性能效果，因此能够降低制粉成本。
[0028]6、本专利技术对镍基高硬度耐磨涂层增材制备时产生的裂纹进行有效抑制，实现了优异耐磨高硬度镍基复合涂层的制备，其技术指标如下：复合涂层的维氏硬度在650HV
0.2
以上，最高可达740HV
0.2
，较Ni60涂层(硬度761HV
0.2
)降低3％以内，在相同的摩擦测试环境下，摩擦失重较Ni60涂层降低10％以上，最高可达15％以上。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1、2、Ni60增材制造的涂层硬度曲线图。图中，横坐标Distance代表距离(mm)，纵坐标Hardness代表涂层显微维氏硬度(HV
0.2
)，Substrate代表镍基合金基材，Deposited layer代表激光增材涂层。
[0030]图2为激光增材复合Ni60涂层内部的微观组织图。
[0031]图3为激光增材复合Ni60涂层与镍基高温合金Hastelloy C276界面微观组织图。
[0032]图4为激光增材复合Ni60涂层和激光增材的Ni60涂层的PT无损探伤检测。
具体实施方式
[0033]在具体实施过程中，本专利技术具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法如下：
[0034]首先将镍基高温合金Hastelloy C276镍基高温合金基材表面进行清理，将基材表面的氧化皮及油污去除；然后选用镍基合金中高硬度的Ni60作为粉末主体，添加高硬度的纳米WC、TiC等颗粒作为结构强化，加入一定量性能优异的纯镍粉末，采用复合粉末配比和激光增材工艺调整抑制裂纹产生。
[0035]按重量百分比计，复合粉末的组成如下：Ni60为70％～90％，纯镍粉为10％～30％，WC和TiC为0％～20％，其二者质量比例为1:1～3:1。优选的，Ni60为70％～85％，纯镍粉为10％～20％，WC和TiC为5％～15％(更优的，Ni60粉末为80％，纯镍粉末为12％，WC、TiC颗粒分别为6％、2％)。将配置的镍基复合粉末利用机械球磨进行均匀混合，球粉质量比3～7:1，混合时间为1.5～2.5h，球磨机转速300～400rpm，将其置于100～180℃下干燥90～150min。
[0036]用激光增材技术将复合粉末熔覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将Hastelloy C276镍基高温合金镍轴表面的氧化皮和油污清除；(2)调配Ni60，纯镍粉，WC和TiC合理占比，获得镍基复合粉末；(3)均匀化混合粉末并干燥；(4)优化激光工艺参数，对镍基高温合金Hastelloy C276镍基高温合金基材表面进行激光增材，通过涂层表面硬度测试和PT无损探伤的比对获得最高硬度且无裂纹的涂层；(5)精加工。2.根据权利要求1所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将Hastelloy C276镍基高温合金基材装夹在铣床上，采用清洗剂清洗风干后，将Hastelloy C276镍基高温合金基材表面氧化皮铣加工掉，露出光亮的洁净金属表面。3.根据权利要求1所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，其特征在于，步骤(2)中，用电子天平称取镍基复合粉末，按重量百分比计，镍基复合粉末的组成为：Ni60为70％～90％，纯镍粉为10％～30％，WC和TiC为0％～20％，其二者质量比例为1:1～3:1。4.根据权利要求1所述的具有优异耐磨高硬度镍基复合涂层制备方法，其特征在于，步骤(3)中，利用行星式球磨机，将配置的镍基复合粉末利用机械球磨进行均匀混合，球粉质量比3～7:...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟长泰，段德莉，薛伟海，杨晓光，高禩洋，谢玉江，李曙，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：