專利名稱：一種用固溶時效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法
技術領域：
本發明屬于冶金技術領域，涉及一種用熱處理改善熱浸鍍鎳基合計涂層性能的方法。
背景技術：
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，且對環境污染比較嚴重，涂層質量低等；真空熔覆所用設備昂貴，生產周期長，存在著一定元素揮發現象等。本發明人用熱浸鍍的方法制備鎳基耐磨耐蝕涂層現在已經取得了很大突破(一種鎳基耐磨耐蝕合金熱浸鍍方法，申請號200510011589.6)，另外關于改善熱浸鍍鎳基合金涂層與基體界面結合效果的研究也取得了一定進展(一種用助鍍劑改善碳鋼與鎳基合金結合界面的方法，申請號200910081789.7)熱浸鍍鎳基合金技術最大的優點就是成本低，生產周期短，生產效率高，對環境污染小等。鎳基涂層具有優良的耐磨耐蝕性，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，極大地降低產品的加工成本，從而達到提高包裝產品質量、延長使用壽命、節約資源和能源。熱浸鍍鎳基合金的基本工藝是將鋼基體進行表面預處理，使其露出新鮮且帶有一定粗糙度的表面，然后將其浸入具有氣氛保護且溫度范圍在98(rC 115(TC的鎳基鍍液中，浸鍍時間為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下進行自然冷卻，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，宏觀上表現為涂層的韌性較差，容易在使用過程中造成開裂，同時增加了鍍層熱裂和冷裂的危險，硬質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。
發明內容
本發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，即固溶時效。先將制備好的鎳基涂層經過固溶處理，然后對其進行時效處理，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過噴砂預處理，然后通過浸泡覆蓋一層助鍍劑，烘干助鍍劑中的水分和結晶水之后，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，保溫時間為5 10h進行固溶處理，保溫結束后，進行快速冷卻，最后將固溶后的試樣放在60(TC 75(TC的爐中，保溫16 30h進行時效處理。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。
固溶時效處理的最優組合為950'C的溫度范圍內保溫5h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到75(TC的爐中，保溫16h，進行時效處理，隨爐冷卻。
具體步驟如下-
一、 鋼基體表面的鍍前處理
鋼基體表面在運輸和儲藏過程中會有油污、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， 一段時間后將其取出，烘干，這時就得到了表面新鮮、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，進行配料，并且在熔煉過程中進行氣氛保護(N2保護)，當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，并通過移動鋼基體使鋼基體與鎳基合金界面處的氣體和雜質上浮，從而使鎳基鍍液與鋼基體之間充分潤濕與鋪展，以形成良好的結合界面。將鋼基體在鍍液中移動0.5 60s后，從鍍液中取出，在真空或氣氛保護下進行冷卻，通過移動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、 固溶時效處理
將利用熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在85(TC 95(TC的溫度范圍內保溫5 10h，進行固溶處理，使過剩相充分溶解到鎳基固溶體中后快速冷卻，得到過飽和固溶體，為時效處理作好準備。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進行時效處理，并隨爐冷卻，消除鎳基合金的內應力，穩定組織和尺寸，同時使硬質相充分均勻析出，從而提高鎳基涂層的耐磨性。四、成品性能檢測
對比圖1和圖2發現，固溶時效后，鎳基固溶體上析出了更多的硬質相，且彌散均勻地分布在鎳基固溶體上，它們為提高涂層的耐磨性提高了保證，同時在固溶時效后，涂層的韌性明顯得到了提高。
將熱浸鍍原始試樣和固溶時效后的試樣制成20X20X12mm，對它們進行沖蝕磨損實驗。沖蝕角度90° 、時間10min、輸送介質壓縮空氣(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。
本發明提供的水溶液助鍍劑具有以下優點
(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際使用過程中開裂的幾率。
(2) 鎳基涂層與鋼基體之間的結合效果明顯變好，結合力增大。
(3) 鎳基涂層組織中硬質相分布均勻，且硬質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是固溶時效后，鎳基涂層組織照片。
具體實施方式
實施例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行深脫氧，同時要除去鍍液表面的雜質，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，15s后取出基體，然后在氮氣保護下進行自然冷卻，然后進行分析。
三、 固溶時效處理
將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在850'C的溫度范圍內保溫5h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻，得到過飽和固溶體，為時效處理作好準備。最后將固溶處理后的試樣放入到60(TC的爐中，保溫16h，進行時效處理，并隨爐冷卻，來消除鎳基合金的內應力，穩定組織和尺寸，同時使硬質相充分均勻析出，從而提高鎳基涂層的耐磨性。
四、 成品性能檢測
將熱浸鍍原始試樣和固溶時效處理后的試樣制成20X20X12mm，對其進行沖蝕磨損實驗。結果顯示，固溶時效后涂層的磨損量是熱浸鍍原始涂層的50%。實施例2:
將噴砂處理過的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時間后，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，10s后取出基體，在氮氣保護下進行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在950'C的溫度范圍內保溫5h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到750'C的爐中，保溫16h，進行時效處理，隨爐冷卻。實施例3:
將噴砂處理過的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時間后，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，10s后取出基體，在氮氣保護下進行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在95(TC的溫度范圍內保溫10h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到750'C的爐中，保溫30h，進行時效處理，隨爐冷卻。實施例4:
將噴砂處理過的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時間后，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，10s后取出基體，在氮氣保護下進行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合
6金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在90(TC的溫度范圍內保溫7h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到68(TC的爐中，保溫20h，進行時效處理，隨爐冷卻。實施例5:
將噴砂處理過的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時間后，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，10s后取出基體，在氮氣保護下進行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在90(TC的溫度范圍內保溫5h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到680'C的爐中，保溫16h，進行時效處理，隨爐冷卻。實施例6:
將噴砂處理過的鋼基體浸泡到配制好的助鍍劑水溶液中， 一段時間后，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，10s后取出基體，在氮氣保護下進行自然冷卻。將熱浸鍍方法制備的鎳基合金碳鋼復合材料放入通有N2的馬弗爐中，在900'C的溫度范圍內保溫10h，進行固溶處理，保溫結束后，試樣進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到68(TC的爐中，保溫30h，進行時效處理，隨爐冷卻。
權利要求
1、一種用固溶時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過噴砂預處理，然后通過浸泡覆蓋一層助鍍劑，烘干助鍍劑中的水分和結晶水之后，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，保溫時間為5～10h進行固溶處理，保溫結束后，進行快速冷卻，最后將固溶后的試樣放在600℃～750℃的爐中，保溫16～30h進行時效處理；鎳基合金的成分重量百分比為Cr5～20％，B1～6％，Si1～6％，C0～1.1％，Fe≤10％，Ni余量。
2、 根據權利要求1所述用固溶時效改善熱浸鍍鎳基合金涂層性能的方法， 其特征在于固溶時效處理為95(TC的溫度范圍內保溫5h，進行固溶處理，保溫 結束后，試樣進行快速冷卻；最后將固溶處理后的試樣放入到75(TC的爐中，保 溫16h，進行時效處理，隨爐冷卻。
全文摘要
本發明屬于冶金技術領域，涉及一種用固溶時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過噴砂預處理和助鍍劑處理后，浸入到980℃～1150℃的鎳基合金鍍液中，浸鍍時間為0.5～60s，在真空或者惰性氣體保護下進行自然冷卻，得到鎳基合金涂層。將試樣放入通有N<sub>2</sub>的馬弗爐中，在850℃～950℃的溫度范圍內保溫5～10h進行固溶處理，然后進行快速冷卻。最后將固溶處理后的試樣放入到600℃～750℃的爐中，保溫16～30h進行時效處理，整個過程中，爐內通有N<sub>2</sub>，以保護試樣。固溶時效處理后，鎳基固溶體上析出了更多的硬質相，且彌散均勻地分布在鎳基固溶體上，它們為提高涂層的耐磨性提高了保證，同時在固溶時效后，涂層的韌性明顯得到了提高。
文檔編號C22F1/10GK101597728SQ20091008815
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優先權日2009年7月3日
發明者濤 林, 王立生, 邵慧萍, 郭志猛, 高治山 申請人:北京科技大學