[發明專利]一種原位合成多元多尺度碳化物增強鐵基耐磨涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201610866788.3
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN106283041B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 袁有錄
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明涉及耐磨涂層領域，特別是一種原位合成多元多尺度碳化物增強鐵基耐磨涂層的制備方法。所述方法為將包含W粉、Cr粉、Ti粉、C粉、Fe?Ni粉的合金粉送入預熱處理的基板上，再利用氬氣等離子對合金混合粉末進行加熱熔化，經原位反應獲得耐磨涂層。本發明生成的碳化物為多元多尺度組織結構，該結構可克服單一尺度碳化物增強時的局限性，多尺度碳化物間“取長補短、硬韌互補”對基體產生“復合增強效應”，從而解決單一增強相與基體磨損率不匹配和韌性降低的問題。

技術領域

本發明涉及耐磨涂層領域，特別是一種原位合成多元多尺度碳化物增強鐵基耐磨涂層的制備方法。

背景技術

金屬基碳化物涂層是一種重要的耐磨材料，其中金屬相為粘結劑，碳化物為增強相。由于碳化物的共價鍵鍵性很強，因此具有高硬度、高熔點、高化學穩定性、耐磨損、抗腐蝕等性能，被廣泛用于制造硬質合金刀具、鉆頭、模具刃口等。但碳化物在自然界很少存在，需要人工合成。利用原位合成法可直接在基體材料中經原位化學反應一次獲得碳化物，由于碳化物是在基體金屬內生核并自發長大，因此表面無污染，與基體的相溶性好，界面結合強度高。但目前涂層中碳化物大多為單一尺度碳化物，由于相同條件下碳化物磨損速率遠小于基體，從而使碳化物逐漸凸出基體表面脫落；另外單一尺度碳化物增強時，當增加含量提高耐磨性時，往往造成韌性的急劇降低。利用不同尺度碳化物的協同作用，可克服單一尺度增強體的局限性，多尺度碳化物間可“取長補短、硬韌互補”對基體產生“復合增強效應”，從而解決當前增強相與基體磨損率不匹配及韌/塑性降低的問題。

發明內容

本發明提供一種原位合成多元多尺度碳化物增強鐵基耐磨涂層的制備方法，多元多尺度碳化物采用TiC顆粒、WC短柱體與M₇C₃（復合碳化物，M=Fe,Cr）桿纖維復合生長，不同尺度碳化物所產生的增強作用分別為：高硬度WC短柱體提高涂層耐磨性，TiC顆粒提高基體的耐磨性，M₇C₃桿纖維在提高涂層耐磨性的同時使韌性得到增加。不僅解決增強相與基體耐磨性的不匹配問題，同時涂層的韌性獲得提高。

本發明的技術構思：由晶體生長原理可知碳化物生長的本征形態和尺寸大小與其生長速度R_hkl有關，其中R_hkl=1/d_hkl，即碳化物晶體的晶面間距d_hkl決定其生長形態和尺寸。由于TiC、WC及M₇C₃的晶面間距是一定的，從而相同原位反應條件下TiC生長為顆粒，WC為柱體，M₇C₃為桿纖維。所以利用TiC、WC、M₇C₃各自的物理特性可實現相同反應條件下的多尺度組織結構。

本發明技術方案為：

1）對基板按形狀尺寸要求進行機械加工進行預處理，將預處理好的基板放入工件臺，夾緊固定；

2）合金粉末選用W粉、Cr粉、Ti粉、C粉、Fe-Ni自熔性合金粉的組合物，按比例配制后用混粉器混合，并把混合均勻的粉末裝入載流氣體為氬氣的送粉器中；

3）利用氧乙炔焰對基板待制備涂層區域進行預熱處理，得到預處理后的基板；

4）步驟2）送粉器將合金粉送入在步驟3）預處理后的基板上，同時利用氬氣等離子對合金混合粉末進行加熱熔化，經原位反應獲得耐磨涂層。

優選地，所述基板材料為低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼或鑄鐵中的一種。

優選地，所述步驟1）基板預處理方法為用丙酮清洗表面的油脂；若基板為失效零部件再制造時，則需對其表面進行噴砂或手持砂輪打磨處理，并用丙酮清洗表面油脂。