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鎳基合金具有良好的高溫性能和耐磨耐蝕性能，是較為理想的涂層材料。在鋼鐵材料表面采用等離子噴涂技術(shù)制備鎳基合金涂層，能夠大幅度的提高材料的耐磨、耐蝕、抗氧化和耐熱沖擊性能，是減少機器部件損耗的有效方法，有望明顯提高鋼鐵材料部件的使用壽命。最近，江蘇科技大學采用等離子噴涂工藝在 GCr15 鋼基體上制備 Ni60B 合金涂層，取得了良好結(jié)果。試驗用的涂層材料為KF-Ni60B 粉末，粒度約為 -140～+325目，粉末的化學成分為 0.5～1.0C、3.0～4.5B、3.5～5.5Si、15.0～20.0Cr、<5.0Ni，余量 Fe (質(zhì)量分數(shù)，%)。在噴涂前對試樣進行預處理: 打磨—超聲波清洗—石英砂噴砂—酒精清洗。等離子噴涂時，采用氬氣作為載氣，氮氣為輔氣。通過正交試驗法分析了噴涂工藝參數(shù)對涂層的結(jié)合強度的影響，發(fā)現(xiàn)其影響順序自強至弱依次為功率、送粉速率、主氣流量、噴涂距離。
從分析分析結(jié)果看，對結(jié)合強度影響最大的是功率。通常功率過小會造成粉末熔化不良，涂層夾雜生粉較多，沉積效率低。當功率為30 kW 時得到的涂層強度達到 50 MPa 以上，但功率繼續(xù)增大到35 MPa 及以上時涂層強度急劇下降，表明熱噴涂時功率要精確控制，且不可過高。結(jié)果表明，功率達 30 kW時 ，已經(jīng)達到熔融粉末的效果。如功率不斷上升甚至過高時，粉末存在燒蝕，涂層的層間會有煙塵，嚴重影響結(jié)合強度，故可判斷在 30 kW 時，合金粉末熔合較好，撞擊基體時變形也良好。一般而言，粉末在等離子焰流中加熱和加速都需要一段時間，需一個合適的噴涂距離。距離過近，會因粉末加熱不良，撞擊變形不充分; 距離過遠則粉末熔化后又冷卻，飛行速度也降低，都會影響涂層質(zhì)量。但由于鎳基粉末為自熔性材料，粉末熔點相對較低，易于熔化，在噴涂距離為 90～120 mm 范圍內(nèi)時，飛行中一直保持熔融狀態(tài)，且與基體潤濕性較好，所以噴涂距離對涂層影響不大。
正交試驗結(jié)果表明，噴涂功率為30 kW，送粉速率為30 g·min-1，主氣流量為 75 L·min-1，噴涂距離為105 mm 時，能達到最佳結(jié)合強度。在本試驗條件和最優(yōu)組合下，涂層的結(jié)合強度可達近59 MPa。
涂層與基體的結(jié)合性能是涂層的一個重要指標，是其發(fā)揮作用的前提，也是優(yōu)化涂層制備工藝參數(shù)的一個重要依據(jù)，涂層的失效部位多在涂層與基體的結(jié)合處。顯微組織觀察表明：等離子噴涂涂層是由變形的顆粒層層堆疊而成的。涂層中存在兩種結(jié)構(gòu)組織，一種是原料未熔化，但由于撞擊而有一定變形的粉末，另一種是原料完全熔化，高速冷卻后平鋪在基體或先沉積的涂層上。噴涂前后，涂層粉末并沒有發(fā)生明顯的相變，保持了原始粉末的相結(jié)構(gòu)，因而保留了高硬度等特點。經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化，涂層間間隙和孔洞數(shù)量明顯減少，結(jié)合更加致密，增大了涂層與基體以及涂層間的接觸面積，提高了涂層結(jié)合強度及其質(zhì)量。
