[發明專利]一種抗汽蝕抗沖蝕高結合強度的Ni-Ti-Nb-碳化物復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710239767.3
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106929738B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 陳小明;吳燕明;周夏涼;趙堅;伏利;毛鵬展;劉偉
• 申請（專利權）人: 水利部杭州機械設計研究所
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C32/00;C23C24/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種抗汽蝕抗沖蝕高結合強度的Ni?Ti?Nb?碳化物復合涂層，該涂層采用激光熔敷法制得，由Ni：30～45wt％、Ti：30～45wt％、Nb：5～15wt％、碳化物：10～20wt％組成；所述的碳化物為碳化鎢(WC)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鉻(Cr₃C₂)粉末中的一種粉末、或二種粉末混合或三種粉末混合，本發明的涂層其顯微硬度＞700HV_0.2；涂層的汽蝕失重量僅為高強不銹鋼失重量的25％～35％；在含沙流水中涂層的沖蝕失重量僅為高強不銹鋼失重量的30％～40％。且生產成本低，制備方法工藝可靠，性能穩定，適合在水力機械過流部件、壓縮機螺桿、啟閉機活塞桿、汽輪機渦輪葉片等領域大規模應用。

技術領域

本發明屬于材料表面強化技術領域，具體涉及一種抗汽蝕抗沖蝕高結合強度的Ni-Ti-Nb-碳化物復合涂層及其制備方法。

背景技術

在水輪機、水泵等水力機械運行過程中，由于旋轉而產生的空泡會引起嚴重的空化磨損現象，對機械材料表面產生破壞，進而引起水力機械效率降低、出力下降。除了空泡產生的汽蝕外，泥沙沖蝕也會導致過流部件磨損失效，迫使機組運行一段時間后便要停機大修，帶來巨大的資源和能源的浪費和經濟損失。

NiTiNb合金具有形狀記憶效益和超彈性等特點，是一種重要的形狀記憶合金，并作為形狀記憶結構件應用于航空、航天等領域。最近，發明人在研究過程中發現，NiTiNb合金還具有良好的抗汽蝕性能，在水利機械抗汽蝕領域具有很好的潛在應用價值。然而，目前制備NiTiNb合金主要是通過金屬熔煉的方式制備，再經過后期的機械加工成型。這樣的制備方式成本大、效率低，且Ni、Ti、Nb價格昂貴，不適合水力機械這樣的大型機械設備使用。

激光熔覆技術是一種全新的表面強化技術，它是在被涂覆基體表面上放置選擇的涂層材料，經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低并與基體材料成冶金結合的表面涂層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕等的工藝方法。

發明內容

為了解決水力機械因汽蝕和沖蝕導致的材料磨損和失效問題，延長材料的使用壽命，本發明提供了一種成型效率高，且具有高抗汽蝕、高抗沖蝕、高結合強度的耐汽蝕耐沖蝕材料，并適合于水利機械的大面積使用。即：采用激光熔敷技術在基體材料表面制備NiTiNb涂層。為了進一步提高涂層的抗沖蝕性能，在熔敷原材料中添加高硬度的碳化物，以提高熔敷涂層的耐磨性和抗沖蝕性能。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：

一種抗汽蝕抗沖蝕高結合強度的Ni-Ti-Nb-碳化物復合涂層，為Ni、Ti、Nb及碳化物以質量百分比組成，其成分特征在于Ni：30～45wt％、Ti：30～45wt％、Nb：5～15wt％、碳化物：10～20wt％；所述的碳化物為碳化鎢(WC)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鉻(Cr₃C₂)粉末中的一種粉末、或二種粉末混合或三種粉末混合；

上述技術方案中，當所述的碳化物為兩種粉末混合時，其為碳化鎢(WC)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鉻(Cr₃C₂)粉末的任意二種粉末混合而成的復合粉末；

當碳化物為三種粉末混合，其為碳化鎢(WC)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鉻(Cr₃C₂)粉末三種粉末任意比例混合而成的復合粉末。

上述抗汽蝕抗沖蝕高結合強度的Ni-Ti-Nb-碳化物復合涂層的制備方法，其特征在于：所述的制備方法包括下列步驟：