專利名稱：一種用固溶時(shí)效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用熱處理改善熱浸鍍鎳基合計(jì)涂層性能的方法。
背景技術(shù)：
目前制備鎳基涂層的方法有熱噴涂法、真空熔覆法等，但是都有自身的局限性。如熱噴涂法制備的鎳基涂層空隙率比較大，且對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重，涂層質(zhì)量低等；真空熔覆所用設(shè)備昂貴，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，存在著一定元素?fù)]發(fā)現(xiàn)象等。本發(fā)明人用熱浸鍍的方法制備鎳基耐磨耐蝕涂層現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大突破(一種鎳基耐磨耐蝕合金熱浸鍍方法，申請(qǐng)?zhí)?00510011589.6)，另外關(guān)于改善熱浸鍍鎳基合金涂層與基體界面結(jié)合效果的研究也取得了一定進(jìn)展(一種用助鍍劑改善碳鋼與鎳基合金結(jié)合界面的方法，申請(qǐng)?zhí)?00910081789.7)熱浸鍍鎳基合金技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，對(duì)環(huán)境污染小等。鎳基涂層具有優(yōu)良的耐磨耐蝕性，可以起到用極少量的材料起到大量、昂貴的整體材
料難以起到的作用，極大地降低產(chǎn)品的加工成本，從而達(dá)到提高包裝產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、節(jié)約資源和能源。熱浸鍍鎳基合金的基本工藝是將鋼基體進(jìn)行表面預(yù)處理，使其露出新鮮且?guī)в幸欢ù植诙鹊谋砻妫缓髮⑵浣刖哂袣夥毡Ｗo(hù)且溫度范圍在98(rC 115(TC的鎳基鍍液中，浸鍍時(shí)間為0.5 60s，然后將基體從鍍液中取出，在真空或者惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行自然冷卻，得到鎳基合金鍍層。但是目前熱浸鍍鎳基合金涂層組織中共晶組織形狀各異且分布比較雜亂，宏觀上表現(xiàn)為涂層的韌性較差，容易在使用過(guò)程中造成開(kāi)裂，同時(shí)增加了鍍層熱裂和冷裂的危險(xiǎn)，硬質(zhì)相在鎳基固溶體中的分布不均勻，也不利于涂層耐磨性的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法，即固溶時(shí)效。先將制備好的鎳基涂層經(jīng)過(guò)固溶處理，然后對(duì)其進(jìn)行時(shí)效處理，從而可以改善熱浸鍍鎳基涂層的組織以及提高涂層的耐磨性。
3一種用固溶時(shí)效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法，其特征在于鋼基體表面經(jīng)過(guò)噴砂預(yù)處理，然后通過(guò)浸泡覆蓋一層助鍍劑，烘干助鍍劑中的水分和結(jié)晶水之后，浸入到鎳基合金鍍液中，然后將基體從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層，然后在85(TC 95(TC溫度范圍內(nèi)，保溫時(shí)間為5 10h進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，進(jìn)行快速冷卻，最后將固溶后的試樣放在60(TC 75(TC的爐中，保溫16 30h進(jìn)行時(shí)效處理。鎳基合金的成分重量百分比為Cr: 5 20%， B: l 6%， Si: 1 6%, C: 0 1.1%， Fe:麵％， Ni:余量。
固溶時(shí)效處理的最優(yōu)組合為950'C的溫度范圍內(nèi)保溫5h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到75(TC的爐中，保溫16h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。
具體步驟如下-
一、 鋼基體表面的鍍前處理
鋼基體表面在運(yùn)輸和儲(chǔ)藏過(guò)程中會(huì)有油污、鐵銹和氧化皮，表面活性較低，在其表面熱浸鍍鎳基合金前必須進(jìn)行鍍前處理。因此為了得到新鮮且活性高的鋼基體表面，采用噴砂處理來(lái)除去鋼基體表面的油污、鐵銹和氧化皮，然后將其浸泡在助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后將其取出，烘干，這時(shí)就得到了表面新鮮、活性較高的鋼基體。
二、 熱浸鍍鎳基合金
首先進(jìn)行鎳基合金的熔煉，按重量百分比Cr: 5 20%， B: 1 6%， Si: l 6%， C: 0 1.1%， Fe: ^10%， Ni:余量，進(jìn)行配料，并且在熔煉過(guò)程中進(jìn)行氣氛保護(hù)(N2保護(hù))，當(dāng)物料完全熔化且鍍液干凈后，將充分干燥的鋼基體浸入980nC 1150'C的鎳基鍍液中，并通過(guò)移動(dòng)鋼基體使鋼基體與鎳基合金界面處的氣體和雜質(zhì)上浮，從而使鎳基鍍液與鋼基體之間充分潤(rùn)濕與鋪展，以形成良好的結(jié)合界面。將鋼基體在鍍液中移動(dòng)0.5 60s后，從鍍液中取出，在真空或氣氛保護(hù)下進(jìn)行冷卻，通過(guò)移動(dòng)鋼基體可以保證鋼基體表面的溫度均勻，從而得到的鍍層厚度均勻，表面光滑。
三、 固溶時(shí)效處理
將利用熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在85(TC 95(TC的溫度范圍內(nèi)保溫5 10h，進(jìn)行固溶處理，使過(guò)剩相充分溶解到鎳基固溶體中后快速冷卻，得到過(guò)飽和固溶體，為時(shí)效處理作好準(zhǔn)備。最后將固溶處理后的試樣放入到600'C 75(TC的爐中，保溫16 30h進(jìn)行時(shí)效處理，并隨爐冷卻，消除鎳基合金的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，同時(shí)使硬質(zhì)相充分均勻析出，從而提高鎳基涂層的耐磨性。四、成品性能檢測(cè)
對(duì)比圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，固溶時(shí)效后，鎳基固溶體上析出了更多的硬質(zhì)相，且彌散均勻地分布在鎳基固溶體上，它們?yōu)樘岣咄繉拥哪湍バ蕴岣吡吮ＷC，同時(shí)在固溶時(shí)效后，涂層的韌性明顯得到了提高。
將熱浸鍍?cè)荚嚇雍凸倘軙r(shí)效后的試樣制成20X20X12mm，對(duì)它們進(jìn)行沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)。沖蝕角度90° 、時(shí)間10min、輸送介質(zhì)壓縮空氣(空氣壓力0. 6MPa)、磨料為24目白剛玉砂、噴嘴直徑7.5mm、噴砂距離100mm。
本發(fā)明提供的水溶液助鍍劑具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 鎳基涂層組織中的共晶組織消失，涂層的韌性得到了很好的提高，這樣減小了涂層在實(shí)際使用過(guò)程中開(kāi)裂的幾率。
(2) 鎳基涂層與鋼基體之間的結(jié)合效果明顯變好，結(jié)合力增大。
(3) 鎳基涂層組織中硬質(zhì)相分布均勻，且硬質(zhì)相的呈小塊狀彌散分布在鎳基固溶體中，可以很好地提高涂層的耐磨性。


圖1是熱浸鍍鎳基涂層原始組織照片；
圖2是固溶時(shí)效后，鎳基涂層組織照片。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
一、 鋼基體表面的鍍前處理
首先，以白剛玉砂為磨料，利用噴砂機(jī)將鋼基體表面的鐵銹和氧化皮除去，露出新鮮的鋼基體表面。然后，將新鮮的鋼基體浸入到配制好的助鍍劑水溶液中，浸泡一段時(shí)間后，取出烘干。
二、 熱浸鍍鎳基合金
在鋼基體浸入鎳基合金鍍液前，先將鎳基合金鍍液進(jìn)行深脫氧，同時(shí)要除去鍍液表面的雜質(zhì)，將徹底干燥的鋼基體浸入到98(TC 115(rC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，15s后取出基體，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻，然后進(jìn)行分析。
三、 固溶時(shí)效處理
將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在850'C的溫度范圍內(nèi)保溫5h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻，得到過(guò)飽和固溶體，為時(shí)效處理作好準(zhǔn)備。最后將固溶處理后的試樣放入到60(TC的爐中，保溫16h，進(jìn)行時(shí)效處理，并隨爐冷卻，來(lái)消除鎳基合金的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，同時(shí)使硬質(zhì)相充分均勻析出，從而提高鎳基涂層的耐磨性。
四、 成品性能檢測(cè)
將熱浸鍍?cè)荚嚇雍凸倘軙r(shí)效處理后的試樣制成20X20X12mm，對(duì)其進(jìn)行沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，固溶時(shí)效后涂層的磨損量是熱浸鍍?cè)纪繉拥?0%。實(shí)施例2:
將噴砂處理過(guò)的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后，取出干燥，然后將其浸入到980'C 115(TC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，10s后取出基體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在950'C的溫度范圍內(nèi)保溫5h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到750'C的爐中，保溫16h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。實(shí)施例3:
將噴砂處理過(guò)的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后，取出干燥，然后將其浸入到980'C 1150'C的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，10s后取出基體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在95(TC的溫度范圍內(nèi)保溫10h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到750'C的爐中，保溫30h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。實(shí)施例4:
將噴砂處理過(guò)的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后，取出干燥，然后將其浸入到98(TC 115(TC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，10s后取出基體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合
6金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在90(TC的溫度范圍內(nèi)保溫7h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到68(TC的爐中，保溫20h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。實(shí)施例5:
將噴砂處理過(guò)的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后，取出干燥，然后將其浸入到98(TC 115(TC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，10s后取出基體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在90(TC的溫度范圍內(nèi)保溫5h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到680'C的爐中，保溫16h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。實(shí)施例6:
將噴砂處理過(guò)的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時(shí)間后，取出干燥，然后將其浸入到98(TC 115(TC的鎳基鍍液中，并保持鋼基體在鍍液中移動(dòng)，10s后取出基體，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復(fù)合材料放入通有N2的馬弗爐中，在900'C的溫度范圍內(nèi)保溫10h，進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到68(TC的爐中，保溫30h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。
權(quán)利要求
1、一種用固溶時(shí)效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法，其特征在于鋼基體表面經(jīng)過(guò)噴砂預(yù)處理，然后通過(guò)浸泡覆蓋一層助鍍劑，烘干助鍍劑中的水分和結(jié)晶水之后，浸入到鎳基合金鍍液中，然后將基體從鍍液中取出，空冷得到鎳基合金涂層，然后在850℃～950℃溫度范圍內(nèi)，保溫時(shí)間為5～10h進(jìn)行固溶處理，保溫結(jié)束后，進(jìn)行快速冷卻，最后將固溶后的試樣放在600℃～750℃的爐中，保溫16～30h進(jìn)行時(shí)效處理；鎳基合金的成分重量百分比為Cr5～20％，B1～6％，Si1～6％，C0～1.1％，F(xiàn)e≤10％，Ni余量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用固溶時(shí)效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法， 其特征在于固溶時(shí)效處理為95(TC的溫度范圍內(nèi)保溫5h，進(jìn)行固溶處理，保溫 結(jié)束后，試樣進(jìn)行快速冷卻；最后將固溶處理后的試樣放入到75(TC的爐中，保 溫16h，進(jìn)行時(shí)效處理，隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用固溶時(shí)效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法。其特征在于鋼基體表面經(jīng)過(guò)噴砂預(yù)處理和助鍍劑處理后，浸入到980℃～1150℃的鎳基合金鍍液中，浸鍍時(shí)間為0.5～60s，在真空或者惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行自然冷卻，得到鎳基合金涂層。將試樣放入通有N₂的馬弗爐中，在850℃～950℃的溫度范圍內(nèi)保溫5～10h進(jìn)行固溶處理，然后進(jìn)行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到600℃～750℃的爐中，保溫16～30h進(jìn)行時(shí)效處理，整個(gè)過(guò)程中，爐內(nèi)通有N₂，以保護(hù)試樣。固溶時(shí)效處理后，鎳基固溶體上析出了更多的硬質(zhì)相，且彌散均勻地分布在鎳基固溶體上，它們?yōu)樘岣咄繉拥哪湍バ蕴岣吡吮ＷC，同時(shí)在固溶時(shí)效后，涂層的韌性明顯得到了提高。
文檔編號(hào)C22F1/10GK101597728SQ20091008815
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者濤 林, 王立生, 邵慧萍, 郭志猛, 高治山 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)