[發明專利]一種定向凝固高承載涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202210515890.4
• 申請日: 2022-05-12
• 公開（公告）號: CN114752932B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 李文生;高華;宋強;張春芝;吳杰;孫金全;劉禮
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明公開了一種定向凝固高承載涂層及其制備方法，將氫氧化鎳、氫氧化鉻和焦糖粉末溶解于氨水中，形成溶膠，通過低溫干燥技術制成膠狀物，然后將膠狀物刷涂于鋼基體表面，形成膠體薄層；將涂有膠體薄層的鋼基體進行表面輻照加熱處理，輻照加熱溫度為1240～1410℃，保溫7～13min，制得鎳鉻高溫合金涂層，待涂層冷卻后，再次刷涂膠體薄層，然后進行表面輻照處理，如此往復多次，至合金涂層厚度達到設定值為止；將所得合金涂層置于保護氣氛的調溫裝置中，用激光重熔技術處理涂層，同時通過調節氣氛溫度控制涂層散熱，得到定向凝固高承載涂層。此方法具有顯微組織結構控制精度高、工藝穩定性和重復性強等優點，可實現定向凝固高承載涂層的高效制備。

技術領域

本發明涉及高承載合金涂層制備技術領域，特別涉及一種定向凝固高承載涂層及其制備方法。

背景技術

涂層在交變高載荷作用下的快速磨損與破壞是縮短其使用壽命的主要原因之一，制約其在煤炭機械、石油化工機械、礦山機械等領域的應用。在交變高載的苛刻工況下，涂層的破壞主要源于三個方面，一是由于粗大的涂層組織使其硬度較低、耐磨性較差，難以抵抗高載荷摩擦條件，造成涂層的快速磨損失效；二是涂層的整體粗晶組織、組織不均勻性和孔隙等易導致其疲勞失效；三是弱的界面結合強度在交變載荷作用下易出現涂層剝離。因此，涂層/基體界面的結合強度及涂層的組織結構特征是決定涂層服役性能的重要因素，而傳統的涂層制備方法難以繼續提高界面強度及改善涂層的組織結構。

發明內容

本發明針對傳統的涂層制備方法難以繼續提高界面強度及改善涂層的組織結構這個研發領域難題，提供了一種定向凝固高承載涂層及其制備方法，所制備的涂層耐磨性能優異。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

一種定向凝固高承載涂層的制備方法，包括以下步驟：

將氫氧化鎳、氫氧化鉻和焦糖粉末溶解于氨水中，形成溶膠，通過低溫干燥技術制成膠狀物，然后將膠狀物刷涂于鋼基體表面，形成膠體薄層；

將涂有膠體薄層的鋼基體進行表面輻照加熱處理，輻照加熱溫度為1240～1410℃，保溫7～13min，制得鎳鉻高溫合金涂層，待涂層冷卻后，再次刷涂膠體薄層，然后進行表面輻照處理，如此往復多次，至合金涂層厚度達到設定值為止；

將所得合金涂層置于保護氣氛的調溫裝置中，用激光重熔技術處理涂層，同時通過調節氣氛溫度控制涂層散熱，得到定向凝固高承載涂層。

作為本發明的進一步改進，所述氫氧化鎳、氫氧化鉻和焦糖粉末的摩爾比為0.96～1.1:0.31～0.42:1.14～1.27。

作為本發明的進一步改進，所述低溫干燥技術工藝為：低溫干燥溫度為3～12℃，干燥時間12～24小時。

作為本發明的進一步改進，所述膠體薄層厚度為(0.3～0.8)±0.1mm。

作為本發明的進一步改進，所述鋼基體為45#鋼基體。

作為本發明的進一步改進，所述刷涂膠體薄層和輻照加熱處理的往復次數為3～5次，合金涂層厚度的設定值為0.4～1.9mm。

作為本發明的進一步改進，所述激光重熔技術具體為：激光重熔溫度為1520～1785℃，保護氣氛為氬氣，氣壓范圍10⁵～3×10⁵Pa，氣氛溫度范圍230～550℃。

一種定向凝固高承載涂層，由所述的制備方法制得。

作為本發明的進一步改進，所述定向凝固高承載涂層具有定向結構，涂層/基體界面結合強度≥260MPa、涂層厚度為0.4～1.9mm，涂層表面硬度≥600Hv，滑動摩擦試驗磨損量≤0.8微克每平方厘米每小時。

與現有技術相比，本發明具有以下特點和優勢：