[發明專利]復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝

有效

• 申請號: 201110411324.0
• 申請日: 2011-12-12
• 公開（公告）號: CN102418065A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 沈承金;張宏;張健;馬瑞勇;周靖
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種耐磨涂層及其制備工藝，特別是一種復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝。

背景技術

隨著制造業產業結構的優化升級，可靠性和耐久性成為機械設備、零部件的關鍵。許多機械零件由于表面的局部磨損、腐蝕等問題而引起過早失效或報廢。為了提高機械零件表面耐磨損、抗腐蝕目的，大量的中碳鋼和中碳合金鋼調質熱處理后進行表面電鍍硬鉻、化學鍍鎳磷合金、表面離子氮化、噴涂Ni60涂層等處理。然而電鍍鉻生產中帶有大量六價鉻污染環境，各國已明令禁止六價鉻電鍍生產；化學鍍鎳磷合金具有較優良的耐腐蝕性能，但不能較好地滿足耐磨損要求；離子氮化雖然在一定程度上改善零件表面耐磨損性能，但是其工藝周期長、零件容易變形的缺點也很明顯；噴涂Ni60涂層具有一定的表面硬度，但噴涂表面不夠致密，涂層孔隙率較大。

近年發展的爆炸噴涂、超音速火焰噴涂、等離子噴涂WC-12Co、WC-17Co、WC-17Ni等涂層技術，雖然在一定程度上提高零件表面硬度，但仍表現為涂層的耐磨性能不夠好，特別是單一尺寸的WC涂層或單一種類的碳化鎢涂層對于要求表面耐磨蝕、一定韌性和表面粗糙度低的零件，很難滿足其要求，同時這些碳化鎢涂層孔隙率略高、涂層結合力不夠高，在一定程度上限制其應用。

發明內容

本發明的目的是要提供一種工藝簡單、耐磨強度高的復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝。

本發明的目的是這樣實現的：復合金屬碳化物耐磨涂層材料為粘接劑包覆碳化鎢和碳化物以質量百分比組成；所述的粘接劑包覆碳化鎢為WC-16%Co（wt）粉末或WC-16%Ni（wt）粉末或WC-16%NiCr（wt）粉末，其粒徑同時包含15～45μm，0.8～5μm，300～400nm數量級三種狀態；所述的碳化物是碳化鉻（Cr₂C₃）粉末、碳化釩（VC）粉末、碳化鐵（Fe₃C）粉末、碳化鈦（TiC）粉末、碳化鈮（NbC）粉末中的一種粉末、或二種混合粉末或三種混合粉末，其粒徑為10～63μm；

粘接劑包覆碳化鎢的WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC-16%NiCr粉末與?Cr₂C₃粉末、VC粉末、Fe₃C粉末、TiC粉末、NbC粉末其中的一種按2～7:1～3相混合成為復合粉末；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末、WC-16%NiCr粉末與Cr₂C₃粉末、VC粉末、Fe₃C粉末、TiC粉末其中二種按7～12:2～5相混合成為復合粉末，Cr₂C₃粉末與VC粉末或Fe₃C粉末或TiC粉末之比為2:1；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC-16%NiCr粉末與Cr₂C₃粉末、VC粉末、Fe₃C粉末、TiC粉末其中三種按12～20:4～7相混合成為復合粉末，Cr₂C₃與Fe₃C與VC或TiC之比為2:1:1；

所述復合碳化物涂層硬度為HV1200～1800，涂層結合力大于60Mpa，復合碳化物涂層厚度尺寸150～500μm，復合碳化物涂層可進行金剛石砂輪或立方氮化硼砂輪磨削加工；所述中碳鋼碳含量0.35～0.55%（wt）的碳鋼或合金鋼經淬火加高溫回火的調質熱處理狀態。

所述的復合金屬碳化物耐磨涂層為：超音速火焰噴涂或等離子噴涂本發明復合金屬碳化物粉末直接形成耐磨涂層；或超音速火焰噴涂或等離子噴涂本發明復合金屬碳化物粉末，再經超音速火焰或等離子體火焰重熔成型為耐磨涂層。

所述的復合金屬碳化物耐磨涂層制備工藝為：首先對調質熱處理的中碳鋼或中碳合金鋼進行表面清理，采用200℃加熱方法去除其表面各類油漬污染物；其次采用離心拋砂或空氣動力噴砂方法對上述表面進行除銹和毛化，所用砂子為粒徑不大于0.6mm棕剛玉或淬火的軸承鋼棱角鋼砂，砂子撞擊零件表面速度不小于120m/s，獲得清潔和粗糙表面，其清潔度高于Sa3級、粗糙度在Rz25～100μm、貌紋形貌為棱角狀態；對棱角和復雜表面進行電弧噴涂Ni-5%Al粘接底層100～150μm厚度；最后采用超音速火焰噴涂對清潔毛化表面或噴涂粘接底層表面噴涂本發明復合碳化物粉末，獲得復合碳化物涂層厚度150～500μm；根據需要可以進一步對超音速噴涂復合碳化物涂層進行熔焊和磨削加工。