亚洲狠狠干,亚洲国产福利精品一区二区,国产八区,激情文学亚洲色图

一種耐高溫復(fù)合鍍層及其制備方法與流程

文檔序號(hào):12347769閱讀:512來(lái)源:國(guó)知局
一種耐高溫復(fù)合鍍層及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及復(fù)合電沉積技術(shù)領(lǐng)域。



背景技術(shù):

隨著工業(yè)的發(fā)展,對(duì)材料性能要求的不斷提高,利用表面涂覆技術(shù)對(duì)材料表面進(jìn)行強(qiáng)化和防護(hù)的方法已在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用,電鍍技術(shù)作為一種表面涂覆技術(shù),它具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、污染小以及成型快速等優(yōu)點(diǎn),已在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的單金屬鍍層和合金鍍層已難以滿足現(xiàn)代對(duì)材料表面高溫防護(hù)的要求,由基質(zhì)金屬和不溶性的硬質(zhì)顆粒、纖維等共沉積所形成的復(fù)合鍍層因其具有更為優(yōu)異的性能,具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

在材料的應(yīng)用過(guò)程中,越來(lái)越多的工況下需要材料經(jīng)受高溫的考驗(yàn),這就需要材料表面的涂層具有較好的耐高溫性能,即在較高溫度的工況下仍舊能維持良好的工作性能,而不至于由于高溫的影響性能出現(xiàn)大幅度的降低,而多數(shù)情況下需要涂層在高溫下保持較高的硬度和較好的耐磨性。對(duì)于鈷金屬而言,在400℃可發(fā)生相變,由γ相轉(zhuǎn)變?yōu)棣料啵瑫r(shí)發(fā)生氧化形成CoO,其中α-Co具有類(lèi)似于石墨的結(jié)構(gòu),具有堆垛層錯(cuò),具有固體潤(rùn)滑劑的性能,而CoO則具有比Co更高的硬度,同時(shí)在摩擦過(guò)程中也可以起到干潤(rùn)滑的作用,可以看出鈷具有較為優(yōu)異的耐高溫性能,因而選為復(fù)合鍍層的基質(zhì)金屬。Cr3C2顆粒則具有良好的高溫穩(wěn)定性能,硬度高,耐磨性好,因而選做復(fù)合鍍層的硬質(zhì)相。

耐高溫復(fù)合鍍層制備需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是如何讓第二相顆粒與基質(zhì)金屬實(shí)現(xiàn)共沉積,即既要提高復(fù)合顆粒的含量,又要保證復(fù)合顆粒在鍍層中的均勻分布。在利用槽鍍技術(shù)進(jìn)行復(fù)合鍍層的制備時(shí),因硬質(zhì)顆粒在復(fù)合鍍液中易沉降,且粒子到達(dá)陰極表面的速率較慢,供給量較少,限制了基質(zhì)金屬的沉積以及對(duì)硬質(zhì)顆粒的包覆,鍍層生長(zhǎng)較慢,顆粒復(fù)合量較低;常常通過(guò)機(jī)械攪拌或超聲輔助的方式對(duì)鍍槽內(nèi)的復(fù)合鍍液進(jìn)行攪拌,提高復(fù)合鍍液的均勻性,同時(shí)通過(guò)對(duì)液體的攪動(dòng)提高鍍液中粒子向陰極供給的速率和數(shù)量,促進(jìn)共沉積的進(jìn)行。但與此同時(shí),攪動(dòng)的鍍液會(huì)對(duì)陰極表面產(chǎn)生一定的沖刷作用,不利于顆粒的復(fù)合,因此,采用槽鍍的方法很難實(shí)現(xiàn)顆粒,特別是大尺寸顆粒的高質(zhì)量復(fù)合。利用射流電沉積工藝替代槽鍍工藝,它可將復(fù)合鍍液直接輸送到陰極表面,同時(shí)不斷的循環(huán)也使得復(fù)合鍍液可維持均勻穩(wěn)定的狀態(tài),并且這一方法也可實(shí)現(xiàn)選擇性電沉積。利用這一技術(shù)可在一定程度上提高顆粒的復(fù)合量,但總體來(lái)講復(fù)合量仍然處于較低水平,同時(shí),這一工藝還具有所沉積的鍍層及金屬組織疏松、沉積速度不夠快等缺點(diǎn)。在射流電沉積過(guò)程中應(yīng)用了超聲波技術(shù)進(jìn)行輔助,可以有效地提高鍍液的穩(wěn)定性以及電沉積的反應(yīng)速度,改善鍍層的性能,同時(shí)可以在電沉積復(fù)合鍍層的過(guò)程中起到分散固體顆粒的效果,但目前所采用超聲輔助射流電沉積進(jìn)行復(fù)合鍍層的制備雖較好地解決了固體顆粒的均勻分散問(wèn)題,但未能實(shí)現(xiàn)大幅提高顆粒復(fù)合量的突破。在電沉積過(guò)程中利用脈沖電源代替直流電源,在一定程度上解決了射流電沉積技術(shù)所產(chǎn)生的鍍層結(jié)構(gòu)性問(wèn)題,使得鍍層更加均勻致密,表面平整度和光亮度均明顯提升,內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷明顯減少,但顆粒的復(fù)合量提高較少。通過(guò)改變鍍液主鹽種類(lèi)以及向鍍液中加入各類(lèi)添加劑的方法也可改善鍍層結(jié)構(gòu),提高顆粒復(fù)合量及鍍層性能,但提升效果有限。

在制備復(fù)合鍍層的過(guò)程中,既需要既可能提高顆粒在鍍層中的含量,同時(shí)也需要提升顆粒的在鍍層中分散的均勻性。因此在考慮制備復(fù)合鍍層的主要工藝參數(shù)時(shí)則由可影響上述兩方面的參數(shù)著手。顆粒在鍍層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要受顆粒在陰極表面的供給量以及停留時(shí)間和基質(zhì)金屬的沉積速率的影響,金屬主鹽的用量、電流密度、pH、導(dǎo)電鹽的用量、陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度等參數(shù)控制著基質(zhì)金屬的沉積量和沉積速率,這對(duì)能否及時(shí)有效地對(duì)顆粒進(jìn)行包覆以及所沉積的金屬與顆粒的相對(duì)含量的高低具有重要影響;鍍液流量、顆粒用量、陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度等參數(shù)則會(huì)對(duì)顆粒在陰極表面的供給和停留產(chǎn)生影響,供給量越少、停留時(shí)間越短,則金屬對(duì)其包覆的過(guò)程越困難,顆粒在鍍層中的復(fù)合量越低。超聲波具有分散團(tuán)聚顆粒的效果,可提升顆粒的分散性以及在鍍層中分布的均勻性,但同時(shí)也會(huì)影響顆粒在陰極表面的停留,因此需要對(duì)超聲波的參數(shù)進(jìn)行選擇控制。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明在射流電沉積技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)控制鍍液流量、陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度兩個(gè)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了共沉積過(guò)程中微米級(jí)Cr3C2顆粒的有效復(fù)合,在顯著提升鍍層中顆粒復(fù)合量的基礎(chǔ)上,增強(qiáng)了復(fù)合鍍層性能。

通過(guò)對(duì)確定的主要參數(shù)進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn),各參數(shù)對(duì)復(fù)合電沉積過(guò)程具有不同的影響規(guī)律,存在各自的較優(yōu)參數(shù)范圍。但在復(fù)合電沉積過(guò)程中,某一參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致其余參數(shù)的較優(yōu)工作范圍隨之改變,因此本發(fā)明可根據(jù)不同的工藝制備出鍍層中顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9%~31%之間的復(fù)合鍍層。

一種Co-Cr3C2耐高溫涂層的制備工藝,其特征是:涂層為Co-Cr3C2復(fù)

合鍍層,其中Cr3C2顆粒復(fù)合質(zhì)量在9~31%,

電沉積鍍液的成分為:七水硫酸鈷400~500g/L,氯化鈉15~25g/L,硼酸20~35g/L,含鎳Cr3C2顆粒350~600g/L,分散劑選用十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)0.1~0.5g/L;所述復(fù)合鍍層在加熱后的硬度與耐磨性不低于室溫水平;采用電沉積方法,溫度30~50℃,pH 2~6,電流密度15~45A/dm2,鍍液流量1.9~2.4L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度

1~9mm/s;

進(jìn)一步,含鎳Cr3C2顆粒外部包覆一層金屬鎳,鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為整體顆粒質(zhì)量的20%-50%。

進(jìn)一步,鍍層制備工藝為:溫度30~50℃,pH 2~6,電流密度15~45A/dm2,鍍液流量1.9~2.4L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度1~9mm/s,超聲頻率20-40KHz,超聲功率密度0.1~3.5W/cm2,超聲間歇時(shí)間1~8s。

采用間歇超聲的方式輔助射流電沉積過(guò)程的進(jìn)行,進(jìn)一步提高了顆粒的復(fù)合量,并對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和改善,鍍層內(nèi)部缺陷減少,結(jié)構(gòu)更加致密,性能更為優(yōu)異。

在Cr3C2顆粒外圍包覆金屬鎳,改善了基質(zhì)金屬與硬質(zhì)顆粒的結(jié)合,可免去復(fù)合鍍后鍍層的真空高溫處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,利用本發(fā)明可在射流電沉積制備復(fù)合鍍層的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)顆粒的高質(zhì)量復(fù)合,并提高了顆粒在鍍層中分布的均勻性,改善了復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu),鍍層在700℃高溫條件下仍可維持較高硬度和較好耐磨性能。

附圖說(shuō)明

圖1實(shí)施例裝置示意圖

圖2鍍層表面形貌及元素分布

圖3不同溫度熱處理冷卻后鍍層的硬度

圖4不同溫度熱處理冷卻后鍍層的摩擦系數(shù)

圖5不同溫度熱處理冷卻后鍍層的磨損體積

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1:

45鋼工件表面經(jīng)預(yù)處理后,用射流電沉積方法在其表面鍍覆Co-Cr3C2復(fù)合鍍層。其鍍覆方法是:

1)配置復(fù)合鍍液,其組成為:CoSO4·7H2O 430g/L,NaCl 25g/L,H3BO3 35g/L,CTAB 0.2g/L,pH=3,。操作工藝為:電流密度37A/dm2,溫度為40℃,鍍液流量為2.2L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度為3.0mm/s;

2)對(duì)45鋼工件表面進(jìn)行電凈、活化處理,并使用鎳打底作為過(guò)渡層;

3)沉積時(shí)間為30min。

所得到的鍍層為純鈷鍍層,鍍層硬度為374HV,鍍層摩擦系數(shù)為0.786,磨損體積為5.888×10-3mm3

實(shí)施例2:

1)配置復(fù)合鍍液,其組成為:CoSO4·7H2O 430g/L,NaCl 20g/L,H3BO3 35g/L,CTAB 0.1g/L,含鎳(鎳質(zhì)量含量為含鎳Cr3C2顆粒的30%-35%,以下實(shí)施例相同)的Cr3C2顆粒350g/L,pH=4。操作工藝為:電流密度35A/dm2,溫度為40℃,鍍液流量為2.2L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度為3mm/s;

2)對(duì)45鋼工件表面進(jìn)行電凈、活化處理,并使用鎳打底作為過(guò)渡層;

3)沉積時(shí)間為30min。

所得到的復(fù)合鍍層,Cr3C2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.2%,鍍層硬度為485.4HV,鍍層摩擦系數(shù)為0.538,磨損體積為2.052×10-3mm3

實(shí)施例3:

4)配置復(fù)合鍍液,其組成為:CoSO4·7H2O 450g/L,NaCl 20g/L,H3BO3 30g/L,CTAB 0.3g/L,含鎳Cr3C2顆粒500g/L,pH=3。操作工藝為:電流密度40A/dm2,溫度為40℃,鍍液流量為2.3L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度為3mm/s;

5)對(duì)45鋼工件表面進(jìn)行電凈、活化處理,并使用鎳打底作為過(guò)渡層;

6)沉積時(shí)間為30min。

所得到的復(fù)合鍍層,Cr3C2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.4%,鍍層硬度為552HV,鍍層摩擦系數(shù)為0.445,磨損體積為1.453×10-3mm3。

實(shí)施例4:

1)配置復(fù)合鍍液,其組成為:CoSO4·7H2O 430g/L,NaCl 25g/L,H3BO3 35g/L,CTAB 0.2g/L,含鎳Cr3C2顆粒450g/L,pH=3。操作工藝為:電流密度37A/dm2,溫度為40℃,鍍液流量為2.2L/min,陰陽(yáng)極相對(duì)移動(dòng)速度為1.2mm/s,超聲功率密度為0.7W/cm2,超聲占空比為50%,間歇時(shí)間為4s,超聲頻率為20kHz;

2)對(duì)45鋼工件表面進(jìn)行電凈、活化處理,并使用鎳打底作為過(guò)渡層;

3)沉積時(shí)間為30min。

所得到的復(fù)合鍍層,Cr3C2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.4%,鍍層硬度為649HV,鍍層摩擦系數(shù)為0.326,磨損體積為0.826×10-3mm3。

對(duì)比例2、例3和例4,通過(guò)控制不同的工藝參數(shù),所制備的復(fù)合鍍層中Cr3C2顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由9.2%逐漸提升至15.4%和31.4%,顆粒的復(fù)合量可提高3倍以上,復(fù)合鍍層硬度也由顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.2%時(shí)的485.4HV提高至顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.4%時(shí)的649HV,復(fù)合鍍層的硬度較純鈷鍍層的374HV提升29.8%至73.5%。復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)和磨損體積也隨鍍層中顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。

對(duì)例4鍍層進(jìn)行拋光,在掃描電子顯微鏡(12000X)下對(duì)復(fù)合鍍層中Cr3C2顆粒的分布及包覆狀態(tài)進(jìn)行分析,復(fù)合鍍層的表面形貌如圖2(a)所示,在基質(zhì)金屬間存在明顯第二相顆粒狀物質(zhì),對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行能譜分析,其成分結(jié)果Cr元素和Co元素的含量分別為81%和8%,由此推斷,顆粒狀物質(zhì)為Cr3C2顆粒。

對(duì)鍍層表面進(jìn)行元素面掃描分析,鈷、鉻、碳、鎳等元素的分布狀況分別如圖2(b)、2(c)、2(d)和2(e)所示,可以看出,鈷元素的位置與圖2(a)中的基體位置一致,鉻元素的位置分布則與第二相顆粒狀物質(zhì)分布一致,同時(shí)在鉻元素外圍有鎳元素的包覆存在,印證了Cr3C2顆粒在鈷基質(zhì)金屬中的復(fù)合,同時(shí)由圖2(a)也可以看出,鍍層表面較為致密,內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在空洞和孔隙較少,鍍層結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化。

對(duì)例1、例2、例3和例4的鍍層在不同溫度加熱,冷卻后進(jìn)行測(cè)試硬度,測(cè)試載荷為100gf,加載時(shí)間為15s,測(cè)試結(jié)果如圖3所示。熱處理后的純鈷鍍層硬度基本維持不變,復(fù)合鍍層在高溫?zé)崽幚砗蟮挠捕葎t較室溫硬度有所提升。

對(duì)例1、例2、例3和例4的鍍層在不同溫度下進(jìn)行熱處理,冷卻后對(duì)其耐磨性進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試采用CETR-Ш型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),摩擦副為GCr15鋼球,磨損方式為往復(fù)摩擦,載荷為5N,摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為3mm/s,往復(fù)距離為4mm,測(cè)試時(shí)間為15min,磨損結(jié)束后,利用3D測(cè)量激光顯微鏡對(duì)鍍層的磨痕寬度進(jìn)行測(cè)量,進(jìn)而計(jì)算磨損體積。摩擦系數(shù)的測(cè)試結(jié)果及磨損體積的計(jì)算結(jié)果如圖4和圖5所示,高溫?zé)崽幚砗箦儗拥哪Σ料禂?shù)及磨損體積均出現(xiàn)一定程度的減小,即高溫?zé)崽幚砗箦儗幽湍バ杂兴岣摺?/p>

當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
網(wǎng)友詢問(wèn)留言 已有0條留言
  • 還沒(méi)有人留言評(píng)論。精彩留言會(huì)獲得點(diǎn)贊!
1