[發(fā)明專利]一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層的制備方法

有效

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• 申請日: 2012-05-10
• 公開（公告）號: CN102634791A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋天革
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南京君陶專利商標(biāo)代理有限公司 32215
• 代理人: 奚勝元

技術(shù)領(lǐng)域

?????本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷復(fù)合材料的制備方法，具體的說是一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層的制備方法。

背景技術(shù)

?金屬材料具有良好的韌性，但硬度、耐磨性、耐高溫性能不如陶瓷材料，而陶瓷材料的脆性較大限制了它的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

????本發(fā)明的目的在于針對上述不足之處提供一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層的制備方法，通過在廉價的低合金結(jié)構(gòu)鋼表面生成具有高硬度和耐磨損的陶瓷顆粒，形成陶瓷顆粒增強(qiáng)鋼基復(fù)合層，既可保持鋼基體較好的韌性和塑性，又可使表面具有陶瓷的高硬度、耐高溫、耐沖刷和優(yōu)異的抗酸堿腐蝕性能，提高鋼在承受高溫、介質(zhì)腐蝕及固態(tài)顆粒沖刷等惡劣環(huán)境的運行能力。該方法制備的復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層具有陶瓷顆粒細(xì)小、分布均勻，增強(qiáng)層硬度高、耐磨損、耐高溫且與低合金結(jié)構(gòu)鋼基體結(jié)合性好的優(yōu)點。

???一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層的制備方法是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層的制備方法包括如下步驟：

1）對低合金結(jié)構(gòu)鋼板表面進(jìn)行打磨至露出銀白色金屬光澤，除去鋼表面的氧化膜，并用丙酮擦拭清洗鋼板表面；

2）將金屬鋯粉、硼鐵粉和SiC陶瓷粉，按質(zhì)量比1:0.88～1.48:0.22～0.88的比例在拌合機(jī)中進(jìn)行充分混合均勻，制成金屬陶瓷混合粉末；

3）將粘結(jié)劑、去離水以及步驟2）中得到的金屬陶瓷混合粉末，按質(zhì)量比為0.05:0.35:1的比例，在研缽中進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁瞥山饘偬沾苫旌戏勰┖?/p>

4）將步驟3）中制得的金屬陶瓷混合粉末糊，用刷子均勻的涂在步驟1）中打磨、擦拭干凈的鋼板的表面上，涂敷厚度為1.0～1.2?mm，并在室溫放置4～6小時，進(jìn)行干燥，然后放入150℃烘干箱烘干10～12小時，得到預(yù)置金屬陶瓷混合粉末的鋼板；

5）將步驟4）制得的預(yù)置金屬陶瓷混合粉末的鋼板，利用鎢極氬弧熔敷的方法進(jìn)行熔覆，熔覆電流為130A～145A，熔覆速度為8m/h，電弧電壓為18～20V；在電弧熱的作用下，預(yù)置金屬陶瓷混合粉末的鋼板表面的金屬陶瓷粉末發(fā)生冶金反應(yīng)，在預(yù)置金屬陶瓷混合粉末的鋼板表面生成以ZrB₂-SiC為主的復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層。

步驟2）中所述的金屬鋯粉粒度為74μm，所述的SiC陶瓷粉的粒度為61μm。

????所述的低合金結(jié)構(gòu)鋼采用16Mn鋼；所述的粘結(jié)劑采用水玻璃；所述的硼鐵粉采用FeB20C0.5。

所述的預(yù)置金屬陶瓷混合粉末的鋼板表面發(fā)生反應(yīng)的主要反應(yīng)式為：Zr+2B+SiC=ZrB₂+SiC；

Zr+C=ZrC；

2Fe+B=Fe₂B。

步驟5）中所述的復(fù)合陶瓷顆粒包含ZrB₂、SiC及少量ZrC陶瓷顆粒，經(jīng)XRD物相分析證明，在低合金結(jié)構(gòu)鋼板表面生成的增強(qiáng)相主要為ZrB₂、SiC及少量ZrC、Fe₂B，即得到ZrB₂-SiC為主的復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層。

金屬鋯的硼化物（ZrB₂）具有高熔點、高硬度、耐磨損和良好高溫穩(wěn)定性等多種優(yōu)良性能，近年來已成為制作火箭噴嘴、燃燒室內(nèi)襯等耐高溫、耐磨損構(gòu)件的熱門選擇，而SiC的添加不僅可以有效地提高ZrB₂陶瓷的機(jī)械性能，而且能在高溫氧化時形成玻璃狀SiO₂從而進(jìn)一步提高其高溫抗氧化性。因此將性能優(yōu)異的ZrB₂-SiC復(fù)合陶瓷用于低合金結(jié)構(gòu)鋼表面，在低合金結(jié)構(gòu)鋼表面形成以ZrB₂-SiC為主的復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層，將低合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)良的強(qiáng)韌性和工藝性與ZrB₂-SiC復(fù)合陶瓷優(yōu)異的耐高溫和耐磨損性能有機(jī)結(jié)合起來，用于在高溫、高壓、腐蝕環(huán)境工作的厚壁壓力容器及在井下潮濕、多變的環(huán)境中工作的采煤機(jī)械等耐磨損構(gòu)件的制造與關(guān)鍵零部件的表面修復(fù)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明一種低合金結(jié)構(gòu)鋼表面復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)層制備方法，利用金屬Zr粉、SiC粉與硼鐵粉的冶金反應(yīng)，在鋼板表面生成以ZrB₂-SiC為主的復(fù)合陶瓷顆粒增強(qiáng)相，生成的復(fù)合陶瓷顆粒細(xì)小、均勻，在界面處與基體形成了良好的冶金結(jié)合，而且增強(qiáng)層硬度高、耐磨損、耐高溫性能好。

具體實施方式

????以下將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實施例一：