一種鎳基耐磨涂層、其制備方法及應用技術

本發明專利技術公開了一種鎳基耐磨涂層、其制備方法及應用。該鎳基耐磨涂層包括按wt.%計算的如下組分：0＜WC?12wt.%Co相≤50%；其余部分包括Ni60AA相；其制備工藝包括：首先將WC?12wt.%Co粉末和Ni60AA粉末混合配置復合粉末，然后采用等離子體噴涂方法將所述復合粉末噴涂在基體表面。本發明專利技術通過等離子噴涂獲得鎳基復合涂層具有良好的耐磨防腐性能，尤其在貧油、油潤滑條件下摩擦磨損性能顯著優于灰鑄鐵材料，有望作為鋁缸體鑲嵌鑄鐵缸套的替代涂層應用于汽車發動機領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鋁合金的表面防護處理領域，特別是涉及一種鎳基耐磨涂層、其制備方法及應用。
技術介紹
鋁合金材料因具有來源豐富、質量較輕、導熱性能好等優點而被廣泛應用于航空、航天及汽車工業。例如，鋁合金用于發動機制造可以大大減輕汽車的重量，以鋁合金代替鋼鐵材料的輕量化處理不僅有助于汽車動力性能的提高，還是實現汽車節能減排的重要途徑之一。但是，鋁合金本身的低硬度導致材料的耐磨性較差，因此在運動部件中應用時需要進行一定的表面防護處理。目前，鋁合金發動機缸體采用鑲嵌鑄鐵缸體的方式來改善鋁合金發動機的摩擦學性能(專利201410171511.X、201210014076.0)，但是鑄鐵缸套與鋁合金活塞存在熱膨脹系數等差異，因此在高溫工況下導致配合間隙發生改變，從而增加能耗及降低發動機輸出功率。熱噴涂技術廣泛應用于材料的表面強化技術，包括鋁合金表面強化，因此對鋁合金發動機缸體內壁進行表面噴涂耐磨涂層是一種替代鑄鐵缸套的有效手段。已報道結果表明，寶馬在一款賽車用全鋁發動機中采用了熱噴涂鐵基涂層取代鑄鐵缸套。但是，鑄鐵涂層在噴涂過程中鑄鐵很容易發生氧化，產生過多的氧化物非常不利于涂層的性能的提高，同時該體系涂層材料硬度偏低。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于提供一種鎳基耐磨涂層、其制備方法及應用，以克服現有技術中的不足。為實現上述專利技術目的，本專利技術提供的技術方案如下：本專利技術實施例公開了一種鎳基耐磨涂層，該鎳基耐磨涂層包括按wt.％計算的如下組分：0＜WC-12wt.％Co相≤50％；其余部分包括Ni60AA相。優選的，該鎳基耐磨涂層包括0＜WC-12wt.％Co相≤50％，余量為Ni60AA相。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層中，所述WC-12wt.％Co相的含量為40wt.％。本專利技術實施例還公開了所述鎳基耐磨涂層于機械裝置等之中的應用。例如，其中的一種應用方式為：一種發動機氣缸，包括鋁合金缸體以及形成于所述鋁合金缸體表面的所述鎳基耐磨涂層。相應地，本專利技術還公開了一種鎳基耐磨涂層的制備方法，其包括：首先將WC-12wt.％Co粉末和Ni60AA粉末混合配置復合粉末，其中WC-12wt.％Co粉末的重量比大于0，且小于等于50％，然后采用等離子體噴涂方法將所述復合粉末噴涂在基體表面。當然，本領域技術人員亦可想到采用其它等同或相近之噴涂方法。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層的制備方法中，所述WC-12wt.％Co粉末的粒度-325+500目；所述Ni60AA粉末的粒度為-140+325目。即WC-12wt.％Co粉末粒徑在325目到500目，Ni60AA粉末的粒徑在140目到325目范圍內。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層的制備方法中，所述基體為鋁合金基體。所述的基體還可以為活塞等鋁合金工件。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層的制備方法中，可在噴涂前對所述鋁合金基體表面先進行噴砂粗糙化，所述的噴砂粗糙化處理的條件包括：噴砂壓力為0.4～0.8MPa，砂粒的平均尺寸為60目。當然，鋁合金基體表面的粗糙化還可以通過機械加工等手段實現。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層的制備方法中，所述WC-12wt.％Co粉末和Ni60AA粉末混合后通過球磨處理獲得復合粉末，所述的球磨處理的工藝條件包括：球料比為2:1～10:1、球磨時間為5～20h、球磨轉速為100-200r/min。優選的，在上述的鎳基耐磨涂層的制備方法中，所述的等離子噴涂的工藝條件包括：工作電流≤650A；電弧電壓≤80V；氬氣壓力0.6～0.85MPa；氬氣流量25～45L/min；氫氣壓力0.2～0.35MPa；氫氣流量1.2～2.6L/min；送粉速率50～130g/min；噴涂距離70～120mm；噴涂角度為60°～90°。本專利技術還提供了利用前述任一種方法形成的鎳基耐磨涂層。與現有技術相比，本專利技術至少具有如下優點：(1)本專利技術碳化鎢增強鎳基復合噴涂粉末具有較好的抗高溫氧化性，能避免噴涂過程中被過度氧化，從而提高了噴涂后涂層內部結合的致密性，同時鎳基粉末是自熔性粉末，有助于提高涂層的性能，噴涂后涂層中孔隙大小適中、形狀圓滑，有效減少了裂紋的產生，因此能夠很好地起到儲油功能；(2)本專利技術碳化鎢增強鎳基復合噴涂粉末中含有較高含量的碳化鎢，可以大幅提高涂層的硬度及耐磨損性能，例如Ni-0wt.％WC涂層的平均維氏硬度為870.06HV，而Ni-40wt.％WC涂層的平均維氏硬度1045.9HV，Ni-0wt.％WC和Ni-40wt.％WC涂層在相同條件下的平均磨損率分別為0.38714×10-7/mm3N-1m-1、0.00705×10-7/mm3N-1m-1；(3)采用等離子噴涂工藝形成涂層，其較之超音速噴涂具有短火焰長度等特性，因此非常適用于小尺寸的發動機缸體的內孔噴涂。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術實施例1中鋁合金基體表面的NW4涂層的XRD圖譜；圖2a和圖2b分別是本專利技術實施例1中NW4涂層的表面及截面SEM形貌圖；圖3a和圖3b分別是本專利技術實施例1中等離子噴涂NW4涂層與灰鑄鐵在干摩擦、貧油潤滑及油潤滑條件下的摩擦系數和磨損率數據圖；圖4a-圖4d是本專利技術實施例1中等離子噴涂NW4涂層與灰鑄鐵的磨損形貌對比圖，其中：圖4a是灰鑄鐵在貧油條件下的磨損形貌，圖4b是NW4涂層在貧油條件下的磨損形貌，圖4c是灰鑄鐵在油潤滑條件下磨損形貌，圖4d是NW4涂層在油潤滑條件下的磨損形貌。具體實施方式本專利技術通過下列實施例作進一步說明：根據下述實施例，可以更好地理解本專利技術。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結果僅用于說明本專利技術，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本專利技術。在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節而模糊了本專利技術，在附圖中僅僅示出了與根據本專利技術的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本專利技術關系不大的其他細節。實施例1：本實施例中，鋁合金基體為發動機氣缸，在該氣缸內壁表面為等離子噴涂涂層，按重量百分比計，該涂層的組分及重量含量為：WC-12wt.％Co粉末40％和Ni60AA粉末60％(15.4wt.％Cr,3.43wt.％B,4.65wt.％Si,0.78wt.％C,3.3wt.％Fe，余量為鎳)，命名為NW4涂層。該涂層的制備方法如下：(1)將鋁合金基體表面進行噴砂粗化處理，選擇噴砂壓力為0.6MPa，砂粒尺寸為60目，然后將噴砂后樣品在丙酮及乙醇中各超聲波清洗20min；(2)按照重量百分比配方：WC-12wt.％Co粉末40％和Ni60AA粉末60％(15.4wt.％Cr,3.43wt.％B,4.65wt.％Si,0.78wt.％C,3.3wt.％Fe，余量為鎳)，碳化鎢粉末和鎳基復合粉末和的粒度分別為-325+500目和-140+325目；(3)選用球磨機制備熱噴涂用鎳基復合粉末，選擇球料比為5:1、球磨時間為10h、球磨轉速為150r/min。(4)將混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鎳基耐磨涂層，其特征在于包括按wt.%?計算的如下組分：0＜WC?12?wt.%?Co相≤50%；其余部分包括Ni60AA相。

【技術特征摘要】
1. 一種鎳基耐磨涂層，其特征在于包括按wt.% 計算的如下組分：0＜WC-12 wt.% Co相≤50%；其余部分包括Ni60AA相。2. 根據權利要求1所述的鎳基耐磨涂層，其特征在于包含重量百分比為40%的WC-12 wt.% Co相。3. 一種裝置，其特征在于包含權利要求1-2中任一項所述的涂層。4. 一種發動機氣缸，包括鋁合金缸體，其特征在于所述鋁合金缸體表面形成有權利要求1-2中任一項所述的涂層。5. 如權利要求1-2中任一項所述鎳基耐磨涂層的制備方法，其特征在于包括：首先將WC-12 wt.% Co粉末和Ni60AA粉末均勻混合配置復合粉末，然后采用等離子體噴涂方法將所述復合粉末噴涂在基體表面。6. 根據權利要求5所述的鎳基耐磨涂層的制備方法，其特征在于所述WC-12 wt.% Co粉末的粒度為-325+500目，所述Ni60AA粉末的粒度為-140 +325目。7. 根據權利要求5所述的鎳基耐磨涂層的制備方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾志翔，王祥，劉二勇，朱祿發，烏學東，曹慧軍，
申請(專利權)人：中國科學院寧波材料技術與工程研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33