[發明專利]一種WC-FeNiCr超硬無磁涂層復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810226109.1
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN101403085A
• 公開（公告）日: 2009-04-08
• 發明（設計）人: 楊膠溪;左鐵釧;陳中強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C24/10;C09D1/00;C09D5/00;C09D5/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種鐵基超硬復合材料及其制備方法，更特別的是一種無磁、耐磨、耐腐蝕的WC-FeNiCr的涂層材料及其在金屬機械零部件上制成無磁、超硬、耐磨、耐腐蝕的涂層的方法。

背景技術

在航空、航天、石油、地質勘探、機械、化工等工業中，存在大量摩擦磨損運動副無磁金屬機械零部件在腐蝕、磨損等條件下承受劇烈的摩擦磨損，要求這些零部件同時具有優異的耐磨性能、良好的耐腐蝕性能及優良的無磁性能等使用性能配合。

采用表面工程手段，在奧氏體不銹鋼、無磁鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等無磁材質制作成的零部件表面制備一層超硬耐磨無磁復合材料，是解決和提高運動副零部件耐磨性能、耐蝕性能等性能最有效和最經濟的措施之一，是解決金屬機械運動副零部件表面上制成無磁耐磨涂層，實現零部件表面強化和修復的最有效方法。

目前實際應用當中使用的無磁涂層材料主要有兩種，一種是不含WC的無磁粉末材料，其主要化學成分為Cr：20％、Mn：4％、Fe：18％、Ni：50％、Mo：6％；另一種是含有WC的無磁粉末材料，其主要化學成分為Cr：4％、Fe：2％、Ni：79％、W：14％。以上兩種材料屬于鎳基的無磁材料且WC含量較低，抗磨粒磨損性能較差，大大影響工件的使用壽命。

在涂層制備技術方面，等離子噴涂、火焰噴涂、高速火焰噴涂、爆炸噴涂等熱噴涂方法制備的涂層，組織存在疏松，孔隙率較高，特別是涂層金屬零件界面結合為機械結合界面結合強度低，涂層在承受劇烈摩擦時容易脫落。激光熔覆方法制備涂層存在組織細小、成分均勻、涂層致密，涂層與基體之間為冶金結合等特點，是制備高性能優質涂層的最佳方法之一。

發明內容

本發明所要解決的問題是克服上述材料中存在的問題，提供一種碳化鎢含量較高(20-60％)的WC-FeNiCr超硬無磁涂層復合材料及其制備方法，大大提高材料的抗磨損性能。

本發明的一種WC-FeNiCr超硬無磁涂層復合材料，屬于鐵基復合材料，其特征在于：包含W、Fe、Ni、Cr等元素，其化學成分為W：20～60wt％、Fe：19～55?wt％、Ni：12～16?wt％、Cr：5～13?wt％，其組織結構由WC、W₂C、奧氏體、FeCr等無磁相組成。

本發明的一種WC-FeNiCr超硬無磁涂層復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)按上述化學百分比選取原料；

(2)采用離心霧化、氬氣霧化或等離子旋轉電極霧化的方式得到FeNiCr合金粉末，稱量碳化鎢粉末以及FeNiCr合金粉末，其中WC粉末質量百分比20～60％，所述的碳化鎢粉末可以是塊狀、絮狀、球狀，將碳化鎢粉末以及FeNiCr合金粉末過篩，使得粉末粒度為120～325目；

(3)將上述碳化鎢粉末與FeNiCr合金粉末混合，在球磨機里面混合2小時；

(4)選取機械零部件載體，利用激光熔覆法，在機械零件表面上制備成涂層，設置激光輸出功率2.0～4.5KW，圓光斑尺寸為3-6mm(或矩形光斑1×8mm)，光束掃描速度為150～400mm/min，激光熔覆過程采用流量為20L/min的氬氣保護。

激光熔覆層組織均勻致密、無裂紋、無氣孔，同零件基材之間為完全冶金結合。

步驟(4)所述的在機械零件表面上制備成涂層的方法，還可以采用等離子熔覆、等離子噴涂、熱噴涂等方法。

步驟(4)所述的機械零部件載體可選取奧氏體不銹鋼、無磁鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等無磁材質制作成的零部件。

本發明可用于在金屬機械運動副零部件表面上制成無磁耐磨涂層，實現零部件表面強化和修復。

本發明材料的相對磁導率在1.005≤ur≤1.036之間，顯微硬度HV900-1800，25℃鹽霧腐蝕的腐蝕率小于0.5g/m²·h。

步驟(2)中所述的合金粉末，可采用離心霧化、氬氣霧化、等離子旋轉電極霧化等方法制備成，然后與碳化鎢顆粒混合得到混合粉末，利用激光熔覆、熱噴涂、等離子熔覆、堆焊等方法在奧氏體不銹鋼、無磁鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等無磁材質制作成的零部件表面上制成無磁耐磨涂層。同時，也可以采用單元素粉末與WC顆粒制備成混合料，采用激光熔覆等方法在氬氣保護條件下制備無磁耐磨耐蝕涂層。該超硬無磁涂層可應用于石油、化工、冶金、電力、航空航天等工業裝備中無磁零部件的表面改性和修復。

附圖說明

圖1是激光熔覆WC-FeNiCr超硬無磁涂層復合材料SEM照片