基于納米技術在低碳鋼表面制備Ni-Cr-Mo鍍層的方法

　　【專利摘要】本發明涉及一種基于納米技術在低碳鋼表面制備Ni-Cr-Mo涂層的方法，在高溫H2還原氣氛下，通過機械研磨法和超聲處理等技術相結合制備納米Ni-Cr-Mo粉體，在氫氣環境中將制得的納米粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，并在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理。納米粉體在金屬表面燒結生成新Ni-Cr-Mo合金相。運用納米技術得到的不銹鋼涂層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能和高溫硬度，甚至優于一般的不銹鋼；一部分Ni原子、Cr原子溶入基體中，增強了不銹鋼涂層與基體的結合力，從而對低碳鋼表面進行了改性。制得的這種特殊材料既具有低碳鋼的強度又具備了鎳基合金的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。

　　【專利說明】基于納米技術在低碳鋼表面制備N 1-Cr-Mo鍍層的方法

　　【技術領域】

　　[0001]本發明涉及一種基于納米技術在低碳鋼表面制備N1-Cr-Mo涂層的方法，屬于納米技術及金屬表面處理【技術領域】。

　　【背景技術】

　　[0002]鎳基合金鍍層具有工作溫度高，抗海水腐蝕能力強等特點，廣泛應用于航空航天領域及海水環境中。多年研究與應用表明，純鎳鍍層中加入強化元素能有效提高其高溫熱強性及抗腐蝕能力。如添加Cr、W、Mo、T1、Al、Co等強化元素可以產生固溶強化作用，提高其氣體介質中的抗氧化及抗蝕性；Mo、Ti更能產生形成金屬中間化合物產生彌散強化和析出強化作用。海水中Cl—濃度對合金鈍化膜的作用主要取決合金中的Mo量。全浸條件下，相比純鎳鍍層，添加Cr、Mo的合金鍍層具有更高的點蝕勢能，說明了 Mo、Cr在提高材料的抗點蝕能力上起了重要的作用。

　　[0003]許多海水環境使用的設備部件都廣泛采用低碳鋼制造。但低碳鋼在海水中極易產生點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕，即使一些不銹鋼，要完全避免局部腐蝕也是不太可能的。而在低碳鋼表面形成鎳鉻鑰合金鍍層就可以有效提高其耐腐蝕性，增長使用壽命。

　　[0004]金屬表面合金化就是利用各種手段在金屬表面生成一種成分、性能不同于基體金屬的合金層，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性能和抗高溫氧化性能提高，這是一種重要的提高金屬機械性能的方法。

　　[0005]基于前人的研究成果，本發明綜合了納米制備方法、金屬鍍層的表面處理技術及鋼板表面合金化等熱點研究領域。通過機械研磨法和超聲處理等技術相結合制備納米N1-Cr-Mo粉體，在氫氣環境中將制得的納米粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，并在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理。納米粉體在金屬表面燒結生成新N1-Cr-Mo合金相。運用納米技術得到的N1-Cr-Mo鍍層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能和高溫硬度；一部分Ni原子、Cr原子溶入基體中，增強了合金鍍層與基體的結合力，從而對低碳鋼表面進行了改性。

　　【發明內容】

　　[0006]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提出了一種基于納米技術在低碳鋼表面制備N1-Cr-Mo涂層的方法，是一種納米粉末在該高溫H2氣氛下熱處理獲得結構致密均勻、耐腐蝕性強的N1-Cr-Mo合金鍍層的制備方法。既保證了材料具有低碳鋼的強度又保證材料具備了鎳基合金的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。

　　[0007]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:

　　一種基于納米技術在低碳鋼表面制備N1-Cr-Mo鍍層的方法，具有以下的制備過程和步驟:

　　a.將低碳鋼板預處理的工作面經金相砂紙打磨，然后用無水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用；

　　b.納米粉體的制備:將市售N1-20Cr合金粉與Mo粉按一定摩爾比均勻混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的無水乙醇控制一定的液固比，球磨罐內采用氬氣保護，用高能球磨機球磨數小時；制備工藝參數如下:

　　N1-20Cr粉12~15g ；Mo粉I~2g ;無水乙醇:粉體的質量比為80:15 ；

　　球磨時間15~20h ；

　　球磨后將溶液真空干燥，得到納米N1-Cr-Mo粉體；

　　c.在氬氣環境中將制得的納米N1-Cr-Mo粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，自然干燥后，在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其工藝參數如下:

　　熱處理溫度:1200°C~1400°C ；

　　升溫梯度:10°c /min ；

　　熱處理時間:2tT6h ；

　　升溫梯度:隨爐冷卻；

　　H2 氣流量:50~200mL/min。

　　[0008]與現有技術相比，本發明具有如下的突出的實質性特點和顯著的優點: 本發明基于納米技術在低碳鋼表面制備N1-Cr-Mo合金鍍層，在高溫H2還原氣氛下，通過機械研磨法和超聲處理等技術相結合制備納米N1-Cr-Mo粉體，在氫氣環境中將制得的納米粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，并在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理。納米粉體在金屬表面燒結生成新N1-Cr-Mo合金相。運用納米技術得到的合金鍍層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能和高溫硬度；一部分Ni原子、Cr原子溶入基體中，增強了不銹鋼涂層與基體的結合力，從而對低碳鋼表面進行了改性。制得的這種特殊材料既具有低碳鋼的強度又具備了鎳基合金的耐腐蝕性能，這有效解決了低碳鋼在使用過程中因大量被腐蝕而導致材料失效的問題。

　　【具體實施方式】

　　[0009]本發明的具體實施敘述于下:

　　實施例1

　　取低碳鋼板IOX IOX 1.6mm若干片，將其工作面用金相砂紙打磨，經無水乙醇、丙酮和去離子水依次清洗數分鐘后，干燥，放置于干燥箱中備用。

　　[0010]在無水乙醇介質中，加入N1-20Cr粉12g，Mo粉2g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1250°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0011]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0012]實施例2

　　按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。

　　[0013]在無水乙醇介質中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1300°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0014]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0015]實施例3

　　按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。

　　[0016]在無水乙醇介質中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1350°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0017]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0018]實施例4

　　按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。

　　[0019]在無水乙 醇介質中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1400°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0020]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0021]實施例5

　　按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。

　　[0022]在無水乙醇介質中，加入Ni_20Cr粉14g，Mo粉1.5g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1350°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0023]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0024]實施例6

　　按照實施例1的方法制備冷軋低碳鋼板樣品。

　　[0025]在無水乙醇介質中，加入Ni_20Cr粉15g，Mo粉1.5g，調整液固比為80:15，配料完成后裝入真空罐中，注入氬氣，在高能球磨機上球磨20h，制得納米N1-Cr-Mo粉體。超聲分散IOmin后均勻噴涂到低碳鋼板工作表面，真空干燥，然后于管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其熱處理工藝參數為:溫度為1350°C，升溫速率為10°C /min，保溫時間為2h，降溫梯度為爐冷。H2氣流量為180mL/min。

　　[0026]將表面獲得不銹鋼涂層的低碳鋼進行力學性能及耐蝕性測試。

　　[0027]對不銹鋼涂層進行電學性能測試，結果列于表1中。

　　【權利要求】

　　1.一種基于納米技術在低碳鋼表面制備N1-Cr-Mo鍍層的方法，其特征在于，具有以下的制備過程和步驟: a.將低碳鋼板預處理的工作面經金相砂紙打磨，然后用無水乙醇、丙酮和去離子水依次超聲清洗，干燥后備用； b.納米粉體的制備:將市售N1-20Cr合金粉與Mo粉按一定摩爾比均勻混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的無水乙醇控制一定的液固比，球磨罐內采用氬氣保護，用高能球磨機球磨數小時；制備工藝參數如下: N1-20Cr粉12~15g ；Mo粉1~2g ;無水乙醇:粉體的質量比為80:15 ； 球磨時間15~20h ； 球磨后將溶液真空干燥，得到納米N1-Cr-Mo粉體； c.在氬氣環境中將制得的納米N1-Cr-Mo粉體均勻地噴涂于處理好的低碳鋼表面，自然干燥后，在管式電阻爐中全H2氣氛下進行熱處理，其工藝參數如下: 熱處理溫度:1200°C~1400°C ； 升溫梯度:10°c /min ； 熱處理時間:2H-6h ； 升溫梯度:隨爐冷卻； H2 氣流量:50~200mL/min。

　　【文檔編號】C23C24/08GK103590033SQ201310557549

　　【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優先權日:2013年11月11日

　　【發明者】鐘慶東, 魯曉剛, 紀丹, 顧帥帥, 牟童 申請人:上海大學