阅读说明：本技术 一种冷喷涂制备硬质合金涂层的方法 (Method for preparing hard alloy coating by cold spraying ) 是由 邱瑜铭 邹芹 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种冷喷涂制备硬质合金涂层的方法,属于冷喷涂的技术领域。本发明的冷喷涂制备硬质合金涂层的方法包括以下步骤：(1)在金属基体表面涂覆NiCrAlY底层；(2)在NiCrAlY底层上冷喷涂TiC和TiN<Sub>0.3</Sub>的混合粉末,制备Ti(C,N)硬质合金层。采用冷喷涂工艺成功制备了Ti(C,N)基硬质合金,硬质合金与基体的结合强度高,而且涂层组织致密,孔隙率低,可用于提高基体材料的耐磨、耐蚀以及耐高温性能。(The invention relates to a method for preparing a hard alloy coating by cold spraying, belonging to the technical field of cold spraying. The method for preparing the hard alloy coating by cold spraying comprises the following steps: (1) coating a NiCrAlY bottom layer on the surface of a metal substrate; (2) cold spraying TiC and TiN on NiCrAlY bottom layer 0.3 The Ti (C, N) hard alloy layer is prepared. The Ti (C, N) -based hard alloy is successfully prepared by adopting a cold spraying process, the bonding strength of the hard alloy and a matrix is high, and the coating structureCompact, low porosity, and can be used for improving the wear resistance, corrosion resistance and high temperature resistance of the matrix material.)

一种冷喷涂制备硬质合金涂层的方法

技术领域

本发明涉及冷喷涂的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种冷喷涂制备硬质合金涂层的方法。

背景技术

Ti(C，N)基硬质合金具有较传统硬质合金更优异的高温性能，耐磨性能和化学稳定性能，同时还能节约大量战略“钨”“钴”资源，成为近年来硬质合金的研究热点。Ti(C，N)基硬质合金抗塑性变形能力和韧性较差，Kieffer等人将非化学计量比的TiN加入TiC后，不但可以提高室温和高温力学性能，更重要的是由于非化学计量比的TiNx中存在大量的N空位缺陷，使得Ti(C，N)基硬质合金的烧结温度降低，在不是很高的烧结温度下，就能获得性能优良的机械性能。然而热压烧结工艺限制了Ti(C，N)基硬质合金的应用。

冷喷涂(Cold Gas Dynamic Spray，CGDS)是以压缩气体作为加速介质，带动金属或合金颗粒在固态下以极高的速度撞击基材，使颗粒发生强烈的塑性变形而沉积形成涂层的技术，由于冷喷涂主要依赖材料的塑性变形，因而在现有技术中通常很难通过冷喷涂的方法获得结合力优异的硬质合金涂层。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种冷喷涂制备硬质合金涂层的方法。

本发明的冷喷涂制备硬质合金涂层的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在金属基体表面涂覆NiCrAlY底层；

(2)在NiCrAlY底层上冷喷涂TiC和TiN_0.3的混合粉末，制备Ti(C，N)硬质合金层。

其中，还包括步骤(3)，在600～950℃的温度下进行热处理，热处理时间为10～30min。

其中，所述冷喷涂的工艺条件为：以N2为工作气体，气体温度为350～500℃，气体压力为3.0～6.0MPa，喷涂距离为25～50mm。

其中，所述金属基体为铁基、镍基或钛基基体。

其中，所述NiCrAlY底层通过喷涂工艺制备得到，所述喷涂工艺可以选择电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂等。

其中，所述NiCrAlY底层中，Cr的含量为12～30at％，al的含量为5.0～12.0at％，Y的含量为0.5～1.5at％的Y，余量为Ni。

其中，所述TiC和TiN_0.3的混合粉末经过球磨和造粒处理。

其中，所述TiC和TiN_0.3的质量比为2∶8～3∶7。

本发明的第二方面还涉及一种由上述制备方法制备得到的硬质合金涂层。

其中，所述NiCrAlY底层的厚度为0.1～0.5mm，涂层的厚度为0.1～1.0mm。

与现有技术相比，本发明的冷喷涂制备硬质合金涂层的方法具有以下有益效果：

采用冷喷涂工艺成功制备了Ti(C，N)基硬质合金，硬质合金与基体的结合强度高，而且涂层组织致密，孔隙率低，可用于提高基体材料的耐磨、耐蚀以及耐高温性能。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明的冷喷涂制备硬质合金涂层的方法做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的技术方案有更完整、准确和深入的理解。

在以下实施例中TiN_0.3粉体采用以下方法制备得到：

原料为Ti粉(纯度＞99.36％，粒度＜30μm)和CH₄N₂O(分析纯)。Ti粉和CH₄N₂O以6∶1的摩尔比混料。在充满氩气的手套箱中，将Ti粉和CH₄N₂O放入WC硬质合金球磨罐中。球、料质量比为20∶1。使用直径分别为8mm、5mm和2mm三种大、中、小WC硬质合金球，大、中、小WC硬质合金球的质量比为3∶1∶1。在行星式球磨机(QM-3SP4型，中国)上球磨60h，每2h停机30min散热，转速设定为450r/min。

TiN_0.3(自制)和TiC(市购，粒度1-3μm，纯度＞99％)按照配比进行配料，并用行星式球磨机(QM-3SP4型，中国)球磨30min混料，球料质量比为10∶1，所用球磨罐为WC硬质合金罐(250ml)，所用WC硬质合金球直径分别为8mm和5mm，大、小球质量比为6∶4，转速设定为300r/min。然后加入水和有机粘结剂CMC进行喷雾造粒，得到平均粒径为35μm的复合粉末。

实施例1

在20Cr合金钢表面首先通过电弧喷涂沉积厚度为0.2mm的Ni₇₁Cr₁₈Al₁₀Y₁底层，然后冷喷涂上述TiN_0.3和TiC经过球磨和喷雾造粒处理得到的复合粉末(TiN_0.3和TiC的质量比为4∶1)，工作气体为N₂，气体温度为500℃，气体压力为5.0MPa，喷涂距离为30mm，喷枪扫描速度为1mm/s。最后在700℃热处理30min。得到的涂层厚度0.8mm，孔隙率为1.5％，与基体的结合强度为51MPa。

实施例2

在20Cr合金钢表面首先通过电弧喷涂沉积厚度为0.2mm的Ni₇₁Cr₁₈Al₁₀Y₁底层，然后冷喷涂上述TiN_0.3和TiC经过球磨和喷雾造粒处理得到的复合粉末(TiN_0.3和TiC的质量比为4∶1)，工作气体为N₂，气体温度为500℃，气体压力为3.0MPa，喷涂距离为20mm，喷枪扫描速度为1mm/s。最后在800℃热处理30min。得到的涂层厚度0.6mm，孔隙率为1.2％，与基体的结合强度为65MPa。

实施例3

在Cr15Ni60合金表面首先通过电弧喷涂沉积厚度为0.2mm的Ni₆₉Cr₁₈Al₁₂Y₁底层，然后冷喷涂上述TiN_0.3和TiC经过球磨和喷雾造粒处理得到的复合粉末(TiN_0.3和TiC的质量比为7∶3)，工作气体为N₂，气体温度为500℃，气体压力为5.0MPa，喷涂距离为30mm，喷枪扫描速度为1mm/s。最后在800℃热处理30min。得到的涂层厚度0.8mm，孔隙率为1.2％，与基体的结合强度为63MPa。

实施例4

在TC4钛合金钢表面首先通过电弧喷涂沉积厚度为0.2mm的Ni₇₁Cr₁₈Al₁₀Y₁底层，然后冷喷涂上述TiN_0.3和TiC经过球磨和喷雾造粒处理得到的复合粉末(TiN_0.3和TiC的质量比为7∶3)，工作气体为N₂，气体温度为500℃，气体压力为5.0MPa，喷涂距离为25mm，喷枪扫描速度为1mm/s。最后在800℃热处理30min。得到的涂层厚度0.5mm，孔隙率为1.0％，与基体的结合强度为59MPa。

实施例5

在TC4钛合金钢表面首先通过电弧喷涂沉积厚度为0.2mm的Ni₆₆Cr₂₅Al₈Y₁底层，然后冷喷涂上述TiN_0.3和TiC经过球磨和喷雾造粒处理得到的复合粉末(TiN_0.3和TiC的质量比为7∶3)，工作气体为N₂，气体温度为500℃，气体压力为5.0MPa，喷涂距离为25mm，喷枪扫描速度为1mm/s。最后在800℃热处理30min。得到的涂层厚度0.5mm，孔隙率为1.0％，与基体的结合强度为65MPa。