[发明专利]一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种工件表面的涂层制备方法，尤其涉及的是一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法。

背景技术

镍铬（Inconel）合金是一种沉淀硬化型合金，它在700℃以上的高温条件下具有很高的蠕变断裂强度，被应用于燃气轮机、火箭发动机、航天器、泵和工具。由于这种合金在超音速火焰喷涂过程中具有稳定的热学性能（如热变形）和中温条件下的高硬度而被选作基材。

热喷涂防护涂层在工业上广泛应用于石油化工厂、卷纸加工、包装机组件、泵零件（叶轮、密封圈、阀体、滑动轴承）、水力机械（活塞、杆）、海岸和近海处的设施等。许多工业应用中都要求涂层具有保护基材不被腐蚀性介质腐蚀的性能。基材上必须没有与腐蚀性介质相接触的孔，以防止基材发生电化学腐蚀。涂层材料（Ni基、Co基合金和金属陶瓷）具有比普通钢材更好的电化学性能，从而更适合在恶劣的环境下工作。

对超音速火焰喷涂HVOF（High Velocity Oxygen Fuel）金属合金涂层的研究表明，尽管它们没有金属陶瓷耐磨，但由于它们的高沉积率、很低的加工（研磨/抛光）成本和更低的粉末成本，超音速火焰喷涂金属合金涂层在工业中有着重要的应用。它们可能也具有某些特殊的性能，如高温下的高硬度和强抗氧化性。迄今为止，很少有实验研究其他的超音速火焰喷涂合金，如耐磨性合金Triballoys合金或Ni-Cr-Mo-W-B合金。Triballoys合金的成分是M-Mo-Cr-Si（M为Co或Ni），具有高的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性，由于这类合金易碎而不宜采用散装形式，故主要用作涂料。尽管如此，人们主要研究了焊态和金属熔覆状态下的这类合金，而不是以热喷涂的形式去研究它们。热喷涂处理后的涂层内部的孔隙较大，组织不够均匀，耐磨性和耐腐蚀性都比较差。制约了超音速火焰喷涂金属合金涂层工程化的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种镍铬合金基自润滑耐腐蚀磨损涂层的制备方法，在基体表面形成致密、耐摩擦、结合紧密的涂层。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：（1）使用超音速火焰喷涂将Ni基类金刚石合金粉末喷涂在基体上制得初始涂层；

（2）对初始涂层使用激光束扫描制得最终涂层。

所述Ni基类金刚石合金粉末中，按质量百分比计，Ni 40～60%,Cr 15～30%, W 9～15%、Mo 8～12%、Cu 4～10%和Al 1～5%。

所述Ni基类金刚石合金粉末的粒度为15～45μm。

所述步骤（1）中，在超音速火焰喷涂前，基体先用丙酮清洗后，再用Al₂O₃进行喷砂处理。

所述Al₂O₃的颗粒度为50～80目，适当尺寸的Al₂O₃可以提高基体的结合力。

所述步骤（1）中，超音速火焰喷涂时，主燃烧气体O₂的流量是20～50SCCM，辅燃烧气体H₂的流量是40～70SCCM，主燃烧气体和辅燃烧气体在燃烧室与Ni基类金刚石合金粉末混合后喷射到基体表面，喷射距离是5～10inch，送粉速率是30～50g/min，燃烧室压力是5～10bar，沉积速率是3～7μm/min，喷涂后初始涂层厚度为250～350μm。

所述步骤（2）中激光束扫描使用功率为4～10kW、光斑直径4～5mm、扫描速度300～600mm/min的CO₂连续波激光束。

所述激光束扫描时，相邻两道激光束的搭接率为10%～30%，可以确保整个涂层表面都能被激光扫描到。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明经过激光扫描处理，实现了镍铬合金工件的涂层表面形成致密的减磨润滑氧化物薄膜，涂层致密并且涂层和基体界面结合紧密；实现了涂层在高磨损和腐蚀性介质环境中服役的需求，激光扫描处理对其表面硬度亦有相当大的提高；扩大了热喷涂涂层工程化应用范围，为同类高端产品的开发提供了新的方法。

附图说明

图1为激光扫描工艺原理图；

图2为初始涂层和基体界面处的横截面图； 

图3为最终涂层和基体界面处的横截面图； 

图4为涂层摩擦系数随循环次数变化图；

图5为初始涂层表面磨损痕迹图；

图6为最终涂层表面磨损痕迹图；