[發明專利]一種TiB2金屬陶瓷耐磨涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201110446423.2
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102699495A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 程漢池;李嵐;張海豐;于峰;李洪波;艾春光;潘威旭
• 申請（專利權）人: 佳木斯大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K35/40;B23K35/34
• 代理公司: 北京神州華茂知識產權代理有限公司 11358
• 代理人: 吳照幸

技術領域

本發明屬于表面工程及耐磨材料領域，涉及TIG弧熔化粉芯絲材制備TiB2金屬陶瓷耐磨涂層的方法。?

背景技術

TiB2具有高熔點、高硬度、低密度、耐磨性好、高的抗化學腐蝕性等諸多優異性能，是Cr3C2、WC的替代耐磨材料，已成為表面改性研究的熱點材料，廣泛應用于航空航天、武器裝備、冶金、刀具等領域。但TiB2的脆性大，應用受限制。將TiB2的高強度與金屬/合金的高韌性結合起來形成TiB2金屬陶瓷復合材料是解決TiB2材料脆性獲得高韌高耐磨材料的有效途徑之一。?

目前TiB2金屬陶瓷涂層常采用電弧噴涂、超音速火焰噴涂、等離子噴涂以及等離子轉移弧表面堆焊、激光熔覆工藝等技術制備。然而由于熱噴涂工藝的固有特性，其涂層呈片層結構，片層間結合力低，涂層與基材的結合方式主要是機械結合和物理結合，結合強度不高，噴涂工藝過程中TiB2還易與被高速射流卷入的氧反應等一些不利因素存在；激光熔覆涂層雖然是冶金結合方式，且易獲得細晶的涂層微觀組織，但所需設備較昂貴；等離子轉移弧表面堆焊熱流大，熔池溫度高，堆焊層熱應力大，易形成熱裂紋。?

TIG弧是高密度能源，設備成本低，熔池是在氬氣氣氛下快速冷卻與凝固，氧化程度低，易獲得細晶的凝固組織，而獲得高力學性能的涂層材料。TIG弧廣泛應用于金屬材料的硬面堆焊。TIG焊接方法在專利90109398.X，03134043.1，200510081723.X中都有詳細記載，本發明不再獒述。金屬陶瓷復合材料的研究表明，1)陶瓷顆粒作為?金屬基體的強化相，其含量、粒度、分布，尤其是與金屬基體相間的界面關系影響金屬陶瓷復合材料的力學性能。與陶瓷顆粒外加式制備工藝相比，采用內生陶瓷顆粒的原位合成工藝則能獲得陶瓷顆粒強化相與金屬基體相間潔凈的界面；2)高耐磨金屬陶瓷復合材料不僅要求強化相的硬度高，基體相韌性好，也要求基體相的硬度與強化相的硬度進行合理的匹配，否則基體相不耐磨，引起硬質相脫落，降低耐磨性。因而在TIG弧熔化粉芯絲材制備TiB2金屬陶瓷涂層的工藝中，TiB2的前驅物在TIG弧熔池中反應合成TiB2硬質顆粒，作為強化相，通過在粉芯填充粉末中添加一定含量的鉻、鎳、硅、錳元素，溶于鋼的組織中，在熔池快速冷卻條件下，形成合金鐵素體、合金珠光體和合金滲碳體，從而強化鋼的組織-TiB2金屬陶瓷復合材料的基體相；電弧吹力對熔池產生的攪拌作用，抑制反應生成的TiB2晶粒長大并驅使其在熔池中分散，熔池快速冷卻凝固后，凝固組織細小，TiB2顆粒分布較均勻。?

發明內容

本發明的目的是提供一種成本低、質量好、高韌高耐磨的TIG弧熔化粉芯絲材制備TiB2金屬陶瓷耐磨涂層的方法。?

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：?

一種TiB2金屬陶瓷耐磨涂層的制備方法，其特征是，包括如下步驟：?

(1)將微米級鈦鐵粉或海綿鈦粉與硼鐵粉或無定形硼粉按下列方程式中鈦、硼元素質量比配制TiB2的前驅物；?

Ti+2B＝TiB2?

(2)將配制的TiB2的前驅物與含Cr、Ni、Mn、Si元素的金屬粉末或其合金粉末混合，Cr、Ni、Mn、Si元素的質量百分含量不超過10％。混合后置于球磨罐中，在無水乙醇介質中球磨2～3小時，低于100℃下烘干，作為粉芯絲材的填充物；?

(3)選用規格為10mm×0.3mm的304或08F鋼帶作為外皮，在藥芯焊絲成型機上軋制成直徑為2.8mm～3.0mm的粉芯絲材，粉末填充系數控制在18％～26％；?

(4)采用TIG焊接法在碳鋼基材上熔化所制備的粉芯絲材，形成TiB2金屬陶瓷涂層。?

所述TiB2前驅物的粉末粒度小于200目，鈦質量百分數不低于40％的鈦鐵粉或海綿鈦粉，硼質量百分數不低于20％的硼鐵粉或無定形硼粉；?

所述金屬粉末或合金粉末可以選用粒度小于200目的鉻粉、鎳粉或鉻鐵合金粉、鎳鉻合金粉以及硅鐵粉或稀土硅鐵粉與錳鐵粉，其在粉芯絲材的填充粉中Cr、Ni、Mn、Si元素所占質量百分比低于10％；?

所述TIG焊接法中，TIG弧熔覆工藝可采用自動、半自動TIG弧焊工藝或手工TIG弧焊工藝；TIG弧電流為90A～120A，粉芯絲材與焊炬夾角為100°～130°，焊炬與碳鋼基材的夾角為60°～75°，粉芯絲材置于焊炬移動方向前，焊炬移動速度為2～4mm/s。?

顯然，為了獲得高耐磨的TiB2金屬陶瓷涂層，本發明采用了如下工藝措施：?

(1)海綿鈦粉和無定形硼粉分別用于調節反應前驅物中Ti、B含量及在粉芯絲材填充粉中所占比例；?