[發明專利]一種耐磨涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201810274830.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108531904A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 陳亮維;全琪;李平安;易健宏
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D1/09;C21D1/773;C22C30/00;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/10;C22C38/12;C22C38/14
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本發明公開一種耐磨涂層及其制備方法，所述耐磨涂層采用的熔覆材料包括如下組分（質量百分比）：硼鐵粉20~25%，硅鐵粉12~20%，錳鐵粉3~7%，鉬鐵粉2~4%，鈦鐵粉2~3%，純Co粉10~14%，稀土粉末0.1~2%，純鐵粉30~45%，WC顆粒0.2~0.5%。制備方法包括三個步驟：激光熔覆、熱處理、急冷處理。本發明制得的涂層的耐磨性大大提高。

技術領域

本發明涉及一種耐磨涂層及其制備方法，屬于激光熔覆制備耐磨涂層的制造領域。

發明背景

激光熔凝過程是快速冷卻的過程，金屬材料組織不僅繼承了原始奧氏體中的缺陷還會形成較多的缺陷，熔凝層組織內存在大量的晶界、位錯等微觀亞結構，從而減緩了再結晶過程、細化了亞結構，提高了位錯密度和晶格中的應力，加強了硬化效果。由于激光熔凝處理時的能量密度較大，在激光的快速加熱和快速冷卻過程中，基體中的一次碳化物及網狀的脆性碳化物充分溶解，冷卻時碳和合金元素來不及析出，固溶于奧氏體中，其固溶度明顯高于常規熱處理組織。同時基體中的強碳化物形成元素Cr、Mo、Co等可以提高α相的形核功和轉變激活能，增加了γ相中的原子間結合力，從而使γ-Fe的自擴散激活能提高，增加了奧氏體的穩定性。其次，奧氏體中固溶的碳及合金元素是強碳化物形成元素，與碳原子的結合力較強，阻礙了碳的擴散、碳化物的析出及長大，可以提高奧氏體的分解溫度，與傳統的硬化技術相比，激光熔凝過程不需要使用外部冷卻液，而且激光熔凝的溫度循環時間一般為幾百微秒到幾秒，利用激光熔凝技術可以在鋼件或零部件的表面形成較硬的耐磨層，這種技術特別適合尺寸較小、幾何形狀復雜的零部件的表面硬化。例如：CN103302287A公開了一種用于耐磨耐蝕涂層的鐵基粉末及制備方法，各元素重量比組成：Fe_aCr_bNi_cSi_dB_eMn_fC_gMo_hNb_iCu_jCo_kRe_l，該粉末按不同比例球磨混合，之后利用激光熔覆或熱噴涂工藝在基材表面形成鐵基涂層；CN104313531A采用等離子體噴涂工藝制備了鐵基涂層，能提高鍋爐管束的耐蝕耐磨及高溫性能；CN103668177A利用Cr、Al、Cu、Ni粉末輔以激光熔覆方法，在碳鋼表面得到涂層，大幅度提高了碳鋼表面硬度、耐磨耐蝕性等。熱處理的作用主要是針對非平衡加工工藝制備的涂層進行殘余應力的消除和晶粒的改善。淬火是針對耐磨材料的表面進行的工藝。但現有技術制備的涂層存在涂層與基體結合不緊密，涂層耐磨性能不好的缺陷。

發明內容

本發明目的在于提供一種由鐵基合金粉末采用激光加工制備出的非晶涂層（耐磨涂層），涂層性能優異且結合緊密。

本發明所述耐磨涂層采用的熔覆材料包括如下組分（質量百分比）：硼鐵粉20~25%，硅鐵粉12~20%，錳鐵粉3~7%，鉬鐵粉2~4%，鈦鐵粉2~3%，純Co粉10~14%，稀土粉末0.1~2%，純鐵粉30~45%，WC顆粒0.2~0.5%。

所述耐磨涂層制備方法包括以下步驟：

（1）激光熔覆：打磨基體表面，噴砂處理至粗糙度Ra 2.5-5.0μm，再用無水乙醇清潔晾干；用球磨機研磨熔覆材料，過200目篩，于50~100℃干燥2h；在基體上利用激光加工儀器對熔覆材料進行激光熔覆，得到涂層。激光加工參數：CO₂氣體激光器，激光波長：10.6μm，激光束輸出功率：3~5kW，掃描速度200~400mm·min^-1，光斑直徑：2.5~4mm，正離焦量：20~ 60mm；

（2）熱處理：將步驟（1）制得的涂層在400~650℃進行真空熱處理；