一种基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo镀层的方法[工艺流程]

　　基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo镀层的方法

　　【专利摘要】本发明涉及一种基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Mo涂层的方法，在高温H2还原气氛下，通过机械研磨法和超声处理等技术相结合制备纳米Ni-Cr-Mo粉体，在氢气环境中将制得的纳米粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，并在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理。纳米粉体在金属表面烧结生成新Ni-Cr-Mo合金相。运用纳米技术得到的不锈钢涂层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能和高温硬度，甚至优于一般的不锈钢；一部分Ni原子、Cr原子溶入基体中，增强了不锈钢涂层与基体的结合力，从而对低碳钢表面进行了改性。制得的这种特殊材料既具有低碳钢的强度又具备了镍基合金的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。

　　【专利说明】基于纳米技术在低碳钢表面制备N 1-Cr-Mo镀层的方法

　　【技术领域】

　　[0001]本发明涉及一种基于纳米技术在低碳钢表面制备N1-Cr-Mo涂层的方法，属于纳米技术及金属表面处理【技术领域】。

　　【背景技术】

　　[0002]镍基合金镀层具有工作温度高，抗海水腐蚀能力强等特点，广泛应用于航空航天领域及海水环境中。多年研究与应用表明，纯镍镀层中加入强化元素能有效提高其高温热强性及抗腐蚀能力。如添加Cr、W、Mo、T1、Al、Co等强化元素可以产生固溶强化作用，提高其气体介质中的抗氧化及抗蚀性；Mo、Ti更能产生形成金属中间化合物产生弥散强化和析出强化作用。海水中Cl—浓度对合金钝化膜的作用主要取决合金中的Mo量。全浸条件下，相比纯镍镀层，添加Cr、Mo的合金镀层具有更高的点蚀势能，说明了 Mo、Cr在提高材料的抗点蚀能力上起了重要的作用。

　　[0003]许多海水环境使用的设备部件都广泛采用低碳钢制造。但低碳钢在海水中极易产生点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀，即使一些不锈钢，要完全避免局部腐蚀也是不太可能的。而在低碳钢表面形成镍铬钥合金镀层就可以有效提高其耐腐蚀性，增长使用寿命。

　　[0004]金属表面合金化就是利用各种手段在金属表面生成一种成分、性能不同于基体金属的合金层，使得材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性能和抗高温氧化性能提高，这是一种重要的提高金属机械性能的方法。

　　[0005]基于前人的研究成果，本发明综合了纳米制备方法、金属镀层的表面处理技术及钢板表面合金化等热点研究领域。通过机械研磨法和超声处理等技术相结合制备纳米N1-Cr-Mo粉体，在氢气环境中将制得的纳米粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，并在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理。纳米粉体在金属表面烧结生成新N1-Cr-Mo合金相。运用纳米技术得到的N1-Cr-Mo镀层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能和高温硬度；一部分Ni原子、Cr原子溶入基体中，增强了合金镀层与基体的结合力，从而对低碳钢表面进行了改性。

　　【发明内容】

　　[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出了一种基于纳米技术在低碳钢表面制备N1-Cr-Mo涂层的方法，是一种纳米粉末在该高温H2气氛下热处理获得结构致密均匀、耐腐蚀性强的N1-Cr-Mo合金镀层的制备方法。既保证了材料具有低碳钢的强度又保证材料具备了镍基合金的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。

　　[0007]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:

　　一种基于纳米技术在低碳钢表面制备N1-Cr-Mo镀层的方法，具有以下的制备过程和步骤:

　　a.将低碳钢板预处理的工作面经金相砂纸打磨，然后用无水乙醇、丙酮和去离子水依次超声清洗，干燥后备用；

　　b.纳米粉体的制备:将市售N1-20Cr合金粉与Mo粉按一定摩尔比均匀混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的无水乙醇控制一定的液固比，球磨罐内采用氩气保护，用高能球磨机球磨数小时；制备工艺参数如下:

　　N1-20Cr粉12~15g ；Mo粉I~2g ;无水乙醇:粉体的质量比为80:15 ；

　　球磨时间15~20h ；

　　球磨后将溶液真空干燥，得到纳米N1-Cr-Mo粉体；

　　c.在氩气环境中将制得的纳米N1-Cr-Mo粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，自然干燥后，在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其工艺参数如下:

　　热处理温度:1200°C~1400°C ；

　　升温梯度:10°c /min ；

　　热处理时间:2tT6h ；

　　升温梯度:随炉冷却；

　　H2 气流量:50~200mL/min。

　　[0008]与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著的优点: 本发明基于纳米技术在低碳钢表面制备N1-Cr-Mo合金镀层，在高温H2还原气氛下，通过机械研磨法和超声处理等技术相结合制备纳米N1-Cr-Mo粉体，在氢气环境中将制得的纳米粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，并在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理。纳米粉体在金属表面烧结生成新N1-Cr-Mo合金相。运用纳米技术得到的合金镀层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能和高温硬度；一部分Ni原子、Cr原子溶入基体中，增强了不锈钢涂层与基体的结合力，从而对低碳钢表面进行了改性。制得的这种特殊材料既具有低碳钢的强度又具备了镍基合金的耐腐蚀性能，这有效解决了低碳钢在使用过程中因大量被腐蚀而导致材料失效的问题。

　　【具体实施方式】

　　[0009]本发明的具体实施叙述于下:

　　实施例1

　　取低碳钢板IOX IOX 1.6mm若干片，将其工作面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酮和去离子水依次清洗数分钟后，干燥，放置于干燥箱中备用。

　　[0010]在无水乙醇介质中，加入N1-20Cr粉12g，Mo粉2g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1250°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0011]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0012]实施例2

　　按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。

　　[0013]在无水乙醇介质中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1300°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0014]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0015]实施例3

　　按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。

　　[0016]在无水乙醇介质中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1350°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0017]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0018]实施例4

　　按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。

　　[0019]在无水乙 醇介质中，加入Ni_20Cr粉12g，Mo粉2g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1400°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0020]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0021]实施例5

　　按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。

　　[0022]在无水乙醇介质中，加入Ni_20Cr粉14g，Mo粉1.5g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1350°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0023]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0024]实施例6

　　按照实施例1的方法制备冷轧低碳钢板样品。

　　[0025]在无水乙醇介质中，加入Ni_20Cr粉15g，Mo粉1.5g，调整液固比为80:15，配料完成后装入真空罐中，注入氩气，在高能球磨机上球磨20h，制得纳米N1-Cr-Mo粉体。超声分散IOmin后均匀喷涂到低碳钢板工作表面，真空干燥，然后于管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其热处理工艺参数为:温度为1350°C，升温速率为10°C /min，保温时间为2h，降温梯度为炉冷。H2气流量为180mL/min。

　　[0026]将表面获得不锈钢涂层的低碳钢进行力学性能及耐蚀性测试。

　　[0027]对不锈钢涂层进行电学性能测试，结果列于表1中。

　　【权利要求】

　　1.一种基于纳米技术在低碳钢表面制备N1-Cr-Mo镀层的方法，其特征在于，具有以下的制备过程和步骤: a.将低碳钢板预处理的工作面经金相砂纸打磨，然后用无水乙醇、丙酮和去离子水依次超声清洗，干燥后备用； b.纳米粉体的制备:将市售N1-20Cr合金粉与Mo粉按一定摩尔比均匀混合后放入真空球磨罐中，加入一定量的无水乙醇控制一定的液固比，球磨罐内采用氩气保护，用高能球磨机球磨数小时；制备工艺参数如下: N1-20Cr粉12~15g ；Mo粉1~2g ;无水乙醇:粉体的质量比为80:15 ； 球磨时间15~20h ； 球磨后将溶液真空干燥，得到纳米N1-Cr-Mo粉体； c.在氩气环境中将制得的纳米N1-Cr-Mo粉体均匀地喷涂于处理好的低碳钢表面，自然干燥后，在管式电阻炉中全H2气氛下进行热处理，其工艺参数如下: 热处理温度:1200°C~1400°C ； 升温梯度:10°c /min ； 热处理时间:2H-6h ； 升温梯度:随炉冷却； H2 气流量:50~200mL/min。

　　【文档编号】C23C24/08GK103590033SQ201310557549

　　【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日

　　【发明者】钟庆东, 鲁晓刚, 纪丹, 顾帅帅, 牟童 申请人:上海大学