高温钢材用纳米涂层，耐磨不脱落

技术简介：

现有氧化锆涂层存在高温耐磨性不足的状况，本专利针对此问题，提出一种结构，即，在钢材基体表面复合沉积Ni3P过渡层，以及纳米ZrO2润滑层。通过梯度过渡层设计，能够有效缓解热应力，进而提升涂层与基体的结合力，让摩擦系数低于0.035，磨损率显著降低。该方案借助化学镀与电刷镀工艺得以实现，具备高耐磨性以及低成本的优势。

关键词：高温耐磨钢材,纳米ZrO2涂层,复合镀层结构

专利名称：一种高温耐磨钢材件的制作方法

技术领域：

本实用新型属于金属材料，具体地说是一种高温耐磨钢材件。

背景技术：

人们为了增强钢材工件耐磨性能，在金属材料表面增加涂层，氧化锆具有高韧性，高抗弯强度，高耐磨性等优点，被广泛应用于感应加热管的制作，耐火材料的制造，发热元件方面，氧化锆作为金属材料表面的热障涂层已使用多年，已有技术中氧化锆一金属梯度复合涂层的成分沿涂层厚度方向呈梯度分布。自基体朝着涂层表面，涂层组织渐渐从MCrAlY基的复合结构朝着以&02基的复合结构转变，进而構成一种不存在宏观界面持续变化的组织结构，涂层密度伴随ZrO2组元的提升呈线性下降。相较于双层涂层，成分梯度能够缓解涂层在形成以及使用进程里的热应力，致使涂层跟基体的结合强度以及抗热震性能得以显著提升。梯度涂层具备优良的性能，是航空发动机等的有效热保护材料。在现有技术里，氧化锆涂层于高温状况下进行工作时，其耐磨损性能呈现出不理想的态势，进而对钢材构件的寿命造成了影响。所以，发明一种在高温条件之下具备优良耐磨损性能的钢材件是极其重要的。

本实用新型的内容里所涉及的目的，在于去提供一种钢材件，这种钢材件具备使用寿命长的特性，在高温条件之下，其耐磨性能是优良的，这就是典型的高温耐磨钢材件。钢材件的钢材基体之表面 ，带有附件叫过渡层 ，还有Ni3P - 纳米&02润滑层。钢材基体的表面与Ni3P过渡层相连接 ，Ni3P过渡层又和Ni3P - 纳米&02润滑层相连接。而所述的Ni3P过渡层 ，其厚度处于0. 0035 - 0. 0055mm这个范围。M3P过渡层，可使得M3P -纳米&02润滑层，与高温条件下钢材基体的结合力，得到极大提升，所述Ni3P -纳米润滑层(3)，其厚度处于0. 25mm至0. 45mm之间，Ni3P -纳米润滑层，能够提升钢材在高温磨损工作条件下的寿命，这种高温耐磨钢材件，具有良好的润滑性能，耐磨损，且工作寿命长。进行摩擦磨损试验时，是在500°c 的情况下，与不同配对的材料来做的，此时复合镀层的摩擦系数 f 小于 0. 035 ，磨损率的变化范围大约是(2 - 4)X 10_15m7N. m ；复合镀层跟钢材基体的结合力很高，能够达到58MPa ，比现有技术要好。本实用新型具备这样一些优点，其一，高温耐磨金属件是在高温条件下开展工作的，其耐磨性能良好，可以让设备的寿命得以延长。其二，制备工艺不复杂，材料成本比较低。

图1呈现的是高温耐磨金属件的结构图，其中，1的部分是金属基体，2的部分是Ni3P过渡层，3的部分是Ni3P -纳米&02润滑层。

具体实施方式

下面通过具体实施方式

说明一下本实用新型内容。这里是以20CrMo合金结构钢作为基体，首先要进行清洗操作，接着进行水浴脱脂一项，然后是表面活化步骤。在表面预处理完后，通过化学镀的方法，先是在基体的表面预先镀上M3P过渡层，之后再运用电刷镀工艺，最终制得M3P -纳米&02润滑层。高温耐磨金属件的制备方法是，先用160W超声波，对基材进行10分钟的清洗，接着在75°C水浴中，进行3分钟的脱脂，然后进行20秒的热水清洗，再进行10秒的冷水清洗，之后活化50秒，又进行10秒的冷水清洗，随后在80°C水浴中，进行3分钟的化学预镀Ni，再进行10秒的冷水清洗，接着用无水乙醇清洗，之后烘干，再进行电刷镀Ni - P纳米&02 2 5分钟，又进行30秒的热水清洗，最后在450°C进行1小时的热处理。制得的高温耐磨钢材件，其结构呈现为图1那种样子，钢材基体表面有着M3P过渡层2以及Ni3P - 纳米润滑层3，钢材基体1的表面同Ni3P过渡层2相连，Ni3P过渡层跟Ni3P -纳米&02润滑层3相连接。本实用新型提到的材料在50(TC这种情况下和不同配对材料开展摩擦磨损试验的时候，该耐磨高温合金的表面其摩擦系数f小于0. 035，磨损率变化范围大约为(2 - 4)X 10_15m3/N. m ；复合镀层与基体的结合力是58MPa。这上面所讲述的仅仅是本发明的优选实施的例子，并非是用来对本发明进行限制的，对于本领域当中的技术人员而言，本发明是能够存在更改以及变化的。只要是在本发明的精神以及原则里边，所做出的任何的修改、改进之类的，通通都应该被涵盖在本发明的保护范围之中。

有一种高温耐磨钢材件，它要求权利，钢材基体是(1)，其特征在于，钢材基体(1)的表面带着Ni3P过渡层(2)，还有Ni3P纳米ZrO2润滑层(3)。钢材基体(1)的表面连接着Ni3P过渡层(2)，Ni3P过渡层(2)跟Ni3P纳米ZrO2润滑层(3)连接。

2.对于权利要求1所讲的高温耐磨钢材件，其具有这样的特征，那就是，所述M3P过渡层的厚度处于0.0035 - 0.0055mm这个范围之内，是0.0035 - 0.0055mm厚，有0.0035 - 0.0055mm的厚度。

3.就权利要求1所讲的高温耐磨钢材件而言，其具备这样的特征，那就是，所述Ni3P -纳米&02润滑层(3) 的厚度处于0. 25mm至0. 45mm这个范围。

有这样一种情况，本实用新型所属范畴为金属材料，具体来说是一种高温耐磨钢材件。在现有技术里，氧化锆涂层钢材件于高温条件下开展工作时，其耐磨损性能并不理想，进而对钢材构件的寿命产生了影响。针对此，本实用新型所涉及的高温耐磨钢材件，呈现出这样的结构，钢材基体（1）的表面带有Ni3P过渡层（2）以及Ni3P -纳米ZrO2润滑层（3），其中，钢材基体（1）的表面连接着Ni3P过渡层（2），并且Ni3P过渡层（2）与Ni3P -纳米ZrO2润滑层（3）相互连接。Ni3P过渡层，（2）其厚度处于0.0035至0.0055mm的范围。Ni3P -纳米ZrO2润滑层，（3）该润滑层的厚度是0.25mm至0.45mm。本实用新型具备这样的优点，高温耐磨金属件于高温条件之下开展工作，其耐磨性能良好，能够延长设备的使用寿命；制备工艺较为简单，材料成本较低。

编号为B32B9/04的文档，其GK201702987，与SQ20102018017相关。

公开的日子是2011年1月12日，申请的日期为2010年4月27日，优先权的日子是2010年4月27日。

发明者是卫燕瑛，还有朱俊炯，以及钱士强，然后是龚方奇 ，申请人为上海工程技术大学。