一种Ni45-ZrO

摘要

本发明涉及一种Ni45-ZrO

说明书

技术领域

本发明涉及热喷涂技术领域，具体说是一种Ni45-ZrO₂纳米涂层及其制备方 法。

背景技术

等离子喷涂属于热喷涂技术，它是将粉末材料送入等离子体(射频放电) 中或等离子射流(直流电弧)中，使粉末颗粒在其中加速、熔化或部分熔化后， 在冲击力的作用下，在基底上铺展并凝固形成层片，进而通过层片叠层形成涂 层的一类加工工艺。它具有生产效率高，制备的涂层质量好，喷涂的材料范围 广，成本低等优点。因此，近几十年来，其技术进步和生产应用发展很快，己 成为热喷涂技术的最重要组成部分。

但该技术沉积效率低、送粉速率低、孔隙率高、获得的涂层硬度较低,且对 粉末粒度分布要求高，硬度高、性能优良的涂层材料非常紧缺。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种Ni45-ZrO₂纳米涂层及其制备方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占15％-36％、 ZrO₂占60％-82％、Al₂O₃占1％-5％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、 B和Fe；所述Al₂O₃可提高材料的韧性40％，可使材料的韧性、硬度都有较大的增 强。

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处 理Ni45、ZrO₂和Al₂O₃，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活 性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在 3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni45-ZrO₂涂层。

本发明的有益效果是：本发明解决了现有碳化钨涂层耐磨性较差、耐腐蚀 性较低的问题，改善了材料表面涂层的微观组织、结构，使涂层韧性提高了100％， 弹性模量提高了8.5％-14.4％，从而整体提高材料表面的耐磨性能，同时也对提 高改善性的综合力学性能有显著的作用；所述Ni45-ZrO₂纳米涂层适合多种钢材 比如：20Cr、12CrNi3A、5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等，与 传统合金材料相比硬度高、耐磨性好、结合强度高、耐高温、耐腐蚀。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段和创作特征易于明白了解，下面对本发明进 一步阐述。

实施例一：

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占15％、ZrO₂占82％、Al₂O₃占2％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层的制备方法，包括以下步骤：先采用溶胶-凝胶法处 理Ni45、ZrO₂和Al₂O₃，同时加入催化剂，经充分混合后制得纳米球，再采用活 性剂保护法混合C、Cr、Si、B和Fe制得纳米粉末，之后采用等离子喷涂工艺在 3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni45-ZrO₂涂层。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩 擦磨损性能实验结果对比见表2。

实施例二：

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占18％、ZrO₂占77％、Al₂O₃占4％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩 擦磨损性能实验结果对比见表3。

实施例三：

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层，其组分及各组分的质量百分数为Ni45占27％、ZrO₂占69％、Al₂O₃占3％、微量元素占1％；所述微量元素包括C、Cr、Si、B和Fe。

一种Ni45-ZrO₂纳米涂层的制备方法，同实施例一。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果见表1。

所述Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件的摩擦磨损性能实验结果与20Cr钢基体的摩 擦磨损性能实验结果对比见表4。

实验证明，Ni45-ZrO₂涂层的硬度可达到HRC72，涂层厚度可达1毫米，经过 多次试验得出Ni45-ZrO₂涂层的结合强度、组织的致密度较好，涂层密度可达 6.30g/cm³。

表1 Ni45-ZrO₂纳米涂层的工件与20Cr钢基体的性能对比实验结果：

由实验数据可得，Ni45-ZrO₂纳米涂层能有效降低工件表面的孔隙率，提高 工件表面的结合强度，能大幅度提高工件表面的显微硬度。

表2 实施例一的Ni45-ZrO₂纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨 损性能对比实验结果：

组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg) 实施例一 73.5234 73.5221 1.3 对照组 71.9714 71.9561 15.3

表3 实施例二的Ni45-ZrO₂纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨 损性能对比实验结果：

组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg) 实施例二 65.2365 65.2354 1.1 对照组 69.8641 69.8495 14.6

表4 实施例三的Ni45-ZrO₂纳米涂层的摩擦磨损性能与20Cr钢基体的摩擦磨 损性能对比实验结果：

组别 测试前(g) 测试后(g) 损失(mg)

实施例三 68.5987 68.5975 1.2 对照组 74.3872 74.3709 16.3

由表2、表3和表4可见，Ni45-ZrO₂纳米涂层能显著降低工件的表面摩擦磨损 量，保证工件的持久耐磨性，大幅度延长工件的使用寿命。采用等离子喷涂工 艺在3Cr2Mo模具钢基体上制备Ni45-ZrO₂涂层，等离子喷涂制备的Ni45-ZrO₂涂层 具有优异的抗磨粒磨损性能、硬度和韧性，具有熔点高、密度低和热胀系数小 等特性，是现代机械制造和磨损件修复再用的重要材料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。