本發(fā)明屬于金屬表面強(qiáng)化涂層，具體涉及一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、液壓元件的制造中，尤其是在液壓馬達(dá)的柱塞等關(guān)鍵部件，表面磨損一直是影響元件性能和使用壽命的主要問題。在低速重載工況下，柱塞與其他部件的配合表面常處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致摩擦加劇，進(jìn)而引發(fā)磨粒磨損和疲勞磨損。這些磨損的累積不僅會(huì)導(dǎo)致柱塞與缸體之間的密封性和承載能力下降，還會(huì)顯著縮短液壓馬達(dá)的使用壽命。因此，提高液壓元件的表面耐磨性和抗疲勞性，是提升設(shè)備可靠性和延長(zhǎng)服役周期的關(guān)鍵措施。

2、激光熔覆技術(shù)作為一種先進(jìn)的表面強(qiáng)化處理方法，憑借其高能激光束能夠精確控制材料表面的改性，已廣泛應(yīng)用于液壓元件的表面強(qiáng)化。nifecrsi合金作為基礎(chǔ)合金材料，具有優(yōu)異的耐磨性和高硬度，但在復(fù)雜惡劣工況下，單一的nifecrsi涂層仍存在一定局限性。為了提升其在高負(fù)荷、嚴(yán)苛工況下的性能，可以通過在涂層中加入具有優(yōu)異潤(rùn)滑性能的納米材料—石墨烯。然而，nifecrsi合金與石墨烯的物理化學(xué)性能差異較大，容易導(dǎo)致應(yīng)力集中、裂紋生成和涂層脫落等問題。為了解決這些問題，采用激光熔覆技術(shù)制備梯度涂層是一種有效的方案，梯度涂層能夠平滑過渡nifecrsi合金與石墨烯之間的性能差異，降低二者之間的應(yīng)力集中，從而顯著減少裂紋和涂層脫落的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究激光熔覆制備石墨烯梯度涂層具有重要的實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層及其制備方法，在確保涂層與基體及各層間良好冶金結(jié)合的基礎(chǔ)上，提升耐磨性能，實(shí)現(xiàn)表面質(zhì)量與耐磨性的兼顧。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）若干過渡層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；在金屬基體表面制備該梯度涂層。

3、進(jìn)一步地，所述梯度結(jié)構(gòu)使得不同層次之間的涂層具有平滑的物理和化學(xué)性能過渡，最大限度地減少界面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)缺陷，提高涂層的硬度和耐磨性。

4、進(jìn)一步地，所述耐磨層中鍍鎳石墨烯含量不超過5wt%。

5、進(jìn)一步地，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）一層過渡層-97.5wt%nifecrsi合金涂層摻雜2.5wt%鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-95wt%nifecrsi合金涂層摻雜5wt%鍍鎳石墨烯。

6、另一方面，本發(fā)明還提供了一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，包括以下步驟：

7、s1：配制梯度耐磨涂層粉末，包括：（1）打底層-nifecrsi合金粉末；（2）若干過渡層-nifecrsi合金粉末摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金粉末摻雜鍍鎳石墨烯，若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；分別均勻混合過渡層和耐磨層使用的粉末并干燥；

8、s2：對(duì)金屬基體表面進(jìn)行預(yù)處理，基體表面去除氧化層，對(duì)金屬基體清潔表面并進(jìn)行預(yù)熱；

9、s3：?jiǎn)?dòng)光纖激光器、六軸機(jī)械臂、同步送粉器與氬氣氣瓶；

10、s4：往同步送粉器內(nèi)加入nifecrsi合金粉末，對(duì)打底層進(jìn)行激光熔覆；

11、s5：將同步送粉器內(nèi)過渡層的粉末，在打底層上激光熔覆過渡層；

12、s6：將同步送粉器內(nèi)粉末更換耐磨層的粉末，在過渡層上激光熔覆耐磨層；

13、s7：梯度耐磨涂層制備結(jié)束后，關(guān)閉光纖激光器、六軸機(jī)器人、關(guān)閉氬氣氣瓶及同步送粉器。

14、進(jìn)一步地，步驟s1中，nifecrsi合金粉末的粒徑為20~60μm，化學(xué)成分為：cr：14~17wt％，si：3~4.5wt％，fe：≤15wt％，c：0.6~1.0wt％，b：2.5~4.5wt％，ni余量。

15、進(jìn)一步地，步驟s1中，添加的鍍鎳石墨烯粉末的粒徑為20~60μm，為了增加石墨烯與基體涂層的潤(rùn)濕性，采用化學(xué)鍍的方式在石墨烯表面鍍鎳涂層，鍍鎳石墨烯粉末的芯部石墨烯化學(xué)成分為：c：99.75wt%，水分：0.2?wt?%，s：0.05wt%，外層鍍鎳涂層的化學(xué)成分為：ni：85.56wt%，p：0.21wt%；c余量。

16、進(jìn)一步地，步驟s3中，采用同軸送粉的方式，送粉氣和保護(hù)氣為純度＞99.99%的高純氬氣。

17、進(jìn)一步地，送粉氣和保護(hù)氣的流量分別為20?l/min和9?l/min。

18、進(jìn)一步地，步驟s4-步驟s6中，激光熔覆制備涂層的參數(shù)如下：激光功率為2500?w，光斑直徑為3?mm，掃描速度為2?mm/s，粉盤轉(zhuǎn)速1.5?r/min，搭接率為50%。

19、本發(fā)明的有益結(jié)果是：

20、1、三層梯度結(jié)構(gòu)涂層的基礎(chǔ)相為γ-ni固溶體，涂層中保留均勻分散的鍍鎳石墨烯相，ni@gr導(dǎo)致晶粒顯著細(xì)化，部分ni@gr分解生成硬質(zhì)碳化物，導(dǎo)致涂層中碳化物含量增加；

21、2、三層梯度結(jié)構(gòu)涂層的表面顯微硬度最高可達(dá)1100.8?hv0.2；

22、3、三層梯度涂層耐磨性能良好，在測(cè)試載荷為100n，行程2mm，頻率4hz，時(shí)長(zhǎng)20min的往復(fù)摩擦式磨損試驗(yàn)條件下，磨損體積較小，為1.95×10-2mm-3。

技術(shù)特征：

1.一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）若干過渡層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-nifecrsi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次nifecrsi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；在金屬基體表面制備該梯度涂層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度結(jié)構(gòu)使得不同層次之間的涂層具有平滑的物理和化學(xué)性能過渡，最大限度地減少界面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)缺陷，提高涂層的硬度和耐磨性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述耐磨層中鍍鎳石墨烯含量不超過5wt%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層，其特征在于，所述梯度涂層包括：（1）打底層-nifecrsi合金涂層；（2）一層過渡層-97.5wt%nifecrsi合金涂層摻雜2.5wt%鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層-95wt%nifecrsi合金涂層摻雜5wt%鍍鎳石墨烯。

5.一種基于權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，nifecrsi合金粉末的粒徑為20~60μm，化學(xué)成分為：cr：14~17wt％，si：3~4.5wt％，fe：≤15wt％，c：0.6~1.0wt％，b：2.5~4.5wt％，ni余量。

7.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1中，添加的鍍鎳石墨烯粉末的粒徑為20~60μm，為了增加石墨烯與基體涂層的潤(rùn)濕性，采用化學(xué)鍍的方式在石墨烯表面鍍鎳涂層，鍍鎳石墨烯粉末的芯部石墨烯化學(xué)成分為：c：99.75wt%，水分：0.2?wt?%，s：0.05wt%，外層鍍鎳涂層的化學(xué)成分為：ni：85.56wt%，p：0.21wt%；c余量。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s3中，采用同軸送粉的方式，送粉氣和保護(hù)氣為純度＞99.99%的高純氬氣。

9.?根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，送粉氣和保護(hù)氣的流量分別為20?l/min和9?l/min。

10.?根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)nifecrsi梯度涂層的制備方法，其特征在于，步驟s4-步驟s6中，激光熔覆制備涂層的參數(shù)如下：激光功率為2500?w，光斑直徑為3?mm，掃描速度為2?mm/s，粉盤轉(zhuǎn)速1.5?r/min，搭接率為50%。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鍍鎳石墨烯增強(qiáng)NiFeCrSi梯度涂層及其制備方法。所述梯度涂層包括：（1）打底層?NiFeCrSi合金涂層；（2）若干過渡層?NiFeCrSi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；（3）耐磨層?NiFeCrSi合金涂層摻雜鍍鎳石墨烯；若干過渡層及耐磨層從下往上依次NiFeCrSi合金含量減少，鍍鎳石墨烯含量增加；采用激光熔覆技術(shù)在金屬基體表面制備該梯度涂層。本發(fā)明的三層梯度結(jié)構(gòu)涂層使得涂層在不同層次之間具有平滑的物理和化學(xué)性能過渡，最大限度地減少了界面應(yīng)力和結(jié)構(gòu)缺陷，提高了涂層的硬度和耐磨性。

技術(shù)研發(fā)人員：張超,韓敏,張小龍,方禹,段怡曼,張軍輝,徐兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9