[發明專利]一種鋼件表面高溫耐磨涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201310558378.9
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103628013A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 陳康敏;王樹奇;廖遠祿;張秋陽;周銀;崔向紅
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C2/12
• 分類號: C23C2/12;C23C2/28;C23C2/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及鋼件表面處理技術領域，特指一種鋼件表面高溫耐磨涂層的制備方法。

背景技術

Fe-Al金屬間化合物具有高溫抗氧化性好、耐蝕性強及比強度高等一系列優點，鋼件的液態浸鍍鋁獲得Fe-Al金屬間化合物涂層廣泛用于耐蝕和高溫耐氧化的環境下，如以下專利：200410020758.8?（一種在鋼鐵表面制備鐵鋁金屬間化合物涂層及熱處理方法）、200810138019.7?（重型汽車排氣管熱浸滲鋁的工藝方法）、200910017800.3（一種鋼制散熱器熱浸滲鋁工藝）等，但液態浸鍍鋁所獲得的Fe-Al金屬間化合物一直被認為耐磨性不足，因此未見用于磨損工況，特別是高溫磨損工況下。

采用液態浸鍍鋁和隨后的復合擴散處理獲得Fe-Al金屬間化合物和少量Al₂O₃復合涂層；該涂層不僅具有優異的高溫抗氧化性、耐蝕性，還具有極高的高溫耐磨性；在復合涂層中Al₂O₃控制為少量，保持涂層強韌性，不至于高的Al₂O₃量導致涂層脆化；少量Al₂O₃可以對高溫下初期磨損起到一定的抗磨作用，隨著磨損進行，少量的Al₂O₃會剝落，但少量的Al₂O₃又會不斷地產生于Fe-Al金屬間化合物與大氣作用中，因此，復合涂層的高耐磨性決定于Fe-Al金屬間化合物的高溫強度和與大氣中不斷形成的少量Al₂O₃。

采用液態浸鋁和復合擴散處理在鋼表面獲得耐高溫磨損涂層是一種新方法，通過復合擴散處理工藝控制Fe-Al金屬間化合物的物相和少量Al₂O₃的出現，使復合涂層達到耐蝕、耐氧化和耐磨性能有機結合在一起的優勢，使液態浸鍍鋁工藝的應用領域更加擴展，具有節能、節材、工藝簡便等優點，目前國內外尚未見利用液態浸鍍鋁和擴散處理獲得耐高溫磨損涂層的研究報道，具有創新性。

發明內容

本發明的目的是為了解決以往液態浸鍍鋁工藝獲得的Fe-Al金屬間化合物涂層僅具有耐蝕和耐高溫氧化性而無高溫耐磨性的問題，本發明中液態浸鍍鋁和復合擴散處理在鋼表面獲得耐高溫磨損涂層，同時具有耐氧化和耐腐蝕性，該方法具有節能、節材、工藝簡便等優點，可廣泛用于高溫耐磨件的表面強化。

液態浸鍍鋁和擴散處理后獲得的Fe-Al金屬間化合物包含Fe₂Al₅、FeAl、Fe₃Al；其中Fe₂Al₅為脆性相，而FeAl和Fe₃Al為韌性相，通過擴散處理控制涂層中主要物相為FeAl和Fe₃Al，同時表面產生少量的陶瓷相Al₂O₃，少量陶瓷相保證與金屬間化合物的緊密結合，在高溫磨損工況下，少量陶瓷相對初期磨損起到保護作用；而隨后磨損過程中FeAl和Fe₃Al會在高溫、高壓下不斷的產生少量陶瓷相Al₂O₃，繼續起到耐磨保護作用，可使磨損量趨近于零；可見，采用本專利方法獲得的涂層不僅具有好的耐蝕性和耐高溫氧化性，還具有優異的高溫耐磨性。

本發明工藝流程包括對鋼件的前處理、浸鍍鋁和擴散處理；浸鍍鋁在720-800℃鋁液中浸鍍1-10min；在保護氣氛或真空中進行850-1100℃、1-5?h和在空氣中進行400-600℃、20-30?min的復合擴散退火，通過調整擴散處理溫度和時間，得到厚度為100-500μm的以含FeAl和Fe₃Al?(90-95wt%)為主的金屬間化合物和少量Al₂O₃(5-10wt%)復合耐磨涂層。

所述的對鋼件的前處理指依次對鋼件進行堿洗、酸洗和助鍍。

所述的堿洗指：在50℃-70℃，10wt%-20wt%的NaOH水溶液中處理8-10min。

所述的酸洗指：在40℃-50℃，5wt%-8wt%的HCl水溶液中處理10min。