[發明專利]一種合金材料部件表面防腐耐磨復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810457207.X
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108517488B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 楊兵;劉琰;趙鑫;吳忠燁;陳燕鳴;郭嘉琳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/08;C23C14/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭勁松

本發明公開了一種合金材料部件表面防腐耐磨復合涂層及其制備方法。該復合涂層從里到外由細晶強化組織層、過渡支撐層、氮化物耐磨層、氮氧化物梯度過渡層、氧化物防腐蝕層構成。從涂層結構而言，為多層梯度組合，成分上具有漸變特點，大幅度降低涂層的內應力和提高涂層的韌性，可以較好克服現有防腐蝕耐磨涂層性能較差的缺點，提高合金材料關鍵部件表面的耐磨和耐腐蝕性能。本發明采用電弧等離子體技術進行滲氮和氧化的目的，氮化深度深，用時短；采用離化的水蒸汽進行氧化，所獲得的氧化物致密性好。而且等離子技術適應性強，可以在各種環境中使用，滿足大小工件的加工要求，同時涂層設備結構簡單，易于控制，工業應用前景良好。

技術領域

本發明屬于表面處理技術領域，特別涉及一種合金材料部件表面防腐耐磨復合涂層及其制備方法。

背景技術

摩擦磨損和腐蝕是自然界存在的普遍現象，摩擦對人類的生活和生產活動有利有弊，而磨損卻是有百害而無一利。磨損是材料損傷的3大原因之一，它損失了世界上一次能源的1/3。每年與摩擦、磨損有關的損失約占GDP的2％～7％。在冶金、礦山、化工、建材及航空航天等各個工業部門中許多工件及設備由于磨損而迅速失效，從而造成材料及人力的浪費，給國民經濟造成巨大損失，易磨件壽命低已成為發展生產的嚴重障礙，開發耐磨材料、延長設備使用壽命具有重大的現實意義。為解決磨損問題，可采用的主要方法包括：提高主體材料耐磨性能、潤滑、材料的表面強化、表面襯層保護和修復和工藝設計優化等。

由于磨損常常發生在零件的表面和局部，因此，采用表面局部強化的方法來提高材料的耐磨性是一種行之有效的辦法。例如表面形變強化、表面淬火、表面元素擴散熱處理、表面噴涂、化學和物理氣相沉積等。表面淬火是提高材料表面硬度的有效方法，包括火焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻加熱淬火等方法。但一般淬火溫度高于1000度，超過了大部分材料的奧氏體化溫度，引起材料性能的下降。表面元素擴散熱處理方法包括滲碳、滲氮、碳氮共滲、碳化物覆蓋、滲硫、硫氮共滲、硫氮碳共滲及多元共滲等。擴散熱處理材料表面硬度高，但也存在溫度過高影響基體材料的性能問題。熱噴涂是利用高速氣流將熔融或半熔化的金屬、陶瓷或高分子材料霧化成粒狀經過加速噴射到經過預處理的基材表面，以形成某些特性的表面強化技術，已成為抗磨防磨施工的重要手段。尤其是噴涂陶瓷材料可以大幅度提高材料表面的耐磨和耐腐蝕性能，但由于噴涂層的厚度控制性較差，噴涂后需要對表面進行后處理，不能滿足精密部件快速修復的要求。氣相沉積技術(PVD及CVD)早期主要用來給切削加工工具的表面鍍上耐磨涂層，如今氣相沉積方法在許多方面獲得廣泛應用。但氣相沉積需要真空環境，設備空間有限，嚴重限制了其在大型部件上的應用。新型耐磨涂層材料開發具有重要意義。

除了摩擦磨損，金屬材料的腐蝕也是金屬失效的一種主要方式。尤其是海洋腐蝕對能源設備、輪船和航空航天部件造成了巨大的影響。海洋環境是腐蝕性最為嚴酷的自然環境。海水是一種具有很強腐蝕性的電解質溶液，含有大量的鹽類，包括氯化鈉以及含有鉀、溴、碘等元素的鹽類。海水中溶解有氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體，而其中的氧氣是引起海水中碳鋼、低合金鋼等金屬結構物腐蝕的重要影響因素。一般來說鋼鐵等的腐蝕速度會隨著海水溫度的升高而增加。另外，海水中含有豐富的氧微量元素和營養鹽類等，這為海洋生物的生存和繁殖提供了必要的條件。而海洋生物的存在則會影響金屬材料的腐蝕行為與機制。海洋腐蝕的結果將使得金屬材料發生生銹、開裂、變薄、局部穿孔等現象，使材料的強度降低，使用壽命縮短，甚至結構斷裂而遭到破壞。除了安全問題，海洋腐蝕也帶來了巨大的經濟損失。2016年3月，全球腐蝕調查報告表明，世界平均腐蝕損失約占全球國民生產總值(GNP)的3.4％。一般認為，海洋腐蝕損失約占總腐蝕損失的1/3。因此海洋腐蝕的損失是驚人的。根據國內外經驗，如果采用有效的防護措施，25％—40％的腐蝕損失可以被避免。實際工程中，金屬的海洋腐蝕受到許多因素的共同影響，是一個復雜的過程。針對不同的金屬材料和結構物不同的工況環境，其腐蝕會呈現不同的規律。針對海洋腐蝕，最主要的防護方法是采用高分子涂料，但由于老化速度快，不能較好的滿足關鍵部件長壽命防腐蝕的要求。為此開發新型防腐蝕涂層材料和涂層技術具有重要的應用價值。

發明內容