[發明專利]一種在高錳鋼表面制備耐磨增韌涂層的方法

有效

• 申請號: 201710857767.X
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107815682B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 萬俊;胡永俊
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C38/08;C22C38/10;C22C38/12;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/14;C22C38/06;C21D1/78
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種在高錳鋼表面制備耐磨增韌涂層的方法，其特征在于：包括如下步驟：S1：熔覆前基體預處理；S2：熔覆前粉末預處理；S3：熔覆；S4：熔覆后熱處理。本發明采用等離子熔覆技術、固溶處理及涂層表面時效工藝，制備出了具有高硬度、高耐磨性和高沖擊韌性的Fe?Ni基合金涂層，既提高了基體材料的表面硬度和耐磨性，又解決了傳統硬質顆粒強化金屬基耐磨涂層在中高應力等工況下容易開裂的問題，而且制備出的涂層與基體材料具有很好的冶金結合，大大提高了涂層的綜合性能，使得基體材料在得到了更加充分的保護，從而延長基體材料使用壽命，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種在高錳鋼表面處理方法，尤其涉及一種在高錳鋼表面制備耐磨增韌涂層的方法。

背景技術

等離子熔覆也稱等離子噴焊，是利用等離子束產生的高熱量，將合金粉末熔覆在基體金屬表面的一種高能束表面改性技術。等離子熔覆是指以鎢極為負極，熔覆腔體為正極形成非轉移弧回路，稀有氣體(氬氣)勻速送入腔體內，經電流擊穿，腔體內氣體分子中部分原子的部分電子被激發游離形成等離子體在噴嘴和鎢極間形成非轉移弧(小弧)；然后工件接正極與鎢極形成新回路，在低壓高頻電源激發下于工件和鎢極間形成轉移弧(大弧)，大弧通過噴嘴機械壓縮、高壓氣體的熱壓縮、帶電粒子導致的磁壓縮三種效應下共同形成高密度等離子體；以高溫等離子體為熱源的同時向等離子弧中心均勻送入合金粉末，等離子槍隨著PC控制系統完成各類形狀熔覆，熔融的合金粉末同基體表面形成熔池，并隨著基體快速冷卻形成高性能熔覆層的過程。熔覆層組織細小、致密、均勻，涂層無明顯的裂紋和氣孔。其結合方式為牢固的冶金結合。

在表面改性技術領域中，世界各國的表面工程技術人員對表面熔覆技術、激光熔覆技術的深入研究使其得到廣泛的應用和推廣。通過二者的技術比較(表1-1)我們可以知道，等離子熔覆技術有明顯的優勢，熔覆層的質量更高；設備成本更低；操作環境更為簡便；應用范圍上更寬。

表1-1激光熔覆技術和等離子熔覆技術的各項指標

Tab.1-1Indicators of the laser cladding and plasma cladding

表面熔覆層的成分主要由熔覆時所添加的熔覆材料所決定。熔覆材料的設計和選擇對表面熔覆層的質量和性能十分重要。因而開發表面熔覆專用材料成為表面熔覆技術研究的重點和熱點。到目前為止，針對熔覆層不同的服役環境，所開發的熔覆材料體系涵蓋了耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗沖蝕等多個領域。通常情況下表面熔敷材料可分為自熔性合金材料和金屬基復合材料兩大類。

1.自熔性合金材料

自熔性合金材料主要為Fe基、Co基和Ni基三類。粉末中含有具有脫氧、造渣作用的Si、Bi等元素，對熔覆過程中合金粉末可以很好的保護，此類合金材料的熔點較低，流動性好的，與基體金屬有良好的浸潤性。在快速凝固作用下，增強相、第二相質點彌散分布于熔覆層內，熔覆層的硬度、耐磨性可以大幅度提高。

Fe基自熔性合金材料是應用最為廣泛的自熔性合金材料，以Fe元素為主，由Cr、B、Si等合金元素組成。如W、Mo和Cr元素的加入可提高熔覆層的耐高溫能力；Ni元素提高涂層的抗裂性能；加入C和B元素，在熔覆層內形成碳化物或硼化物細化晶粒，提高熔覆層硬度和耐磨性。

Co基自熔性合金材料主要是以Co-Cr-W為合金體系基礎上添加少量的Si、B等合金元素形成的Co基合金具有良好的耐磨性能和高溫性能，主要應用對工件表面耐蝕、耐磨、耐高溫等特殊性能要求較高的電力、冶金、海上、石化等工業領域。

Ni基自熔性合金材料主要分為Ni-Cr-Si-B和Ni-B-Si兩大類。Si和B元素的添加一方面可作為脫氧劑和自熔劑，增加潤濕性，另一方面可通過彌散強化和固溶強化對熔覆層進行強化；在合金體系中添加Cr元素可對熔覆層起到固溶強化的作用，此外Cr還可同B、C結合生成硬質相提高熔覆層的硬度和耐磨性