[發明專利]一種低碳鋼表面復相涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810704940.7
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108893734B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 劉和平;孫鳳兒;高一波;程少磊;劉斌;裴暢貴;賈曉帥
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C23C8/00;C21D1/18;C23F17/00;C22C38/38;C22C38/34;C22C38/06;C22C38/26
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種低碳鋼表面復相涂層及其制備方法，該低碳鋼表面復相涂層包括下列成分：C:0.11?0.25%，Si:1.5?2.3%，Mn:1.7?2.9%，Cr:1.9?3.2%，Al：1.2?2.6%，Nb：0.021?0.053%，Graphene：0.05?0.2%，P≤0.01%，S≤0.01%，其余為Fe。制備方法為：首先利用球磨法制備涂層原料且在碳鋼表面進行感應熔覆，然后通過滲碳處理后，再經過回火和碳分配處理，得到含有納米貝氏體、馬氏體和殘余奧氏體組織的復相涂層。本發明通過添加石墨烯（Graphene），優化了成分設計，鋼表層硬度和耐磨性得到了大幅度提升，擴大了低碳鋼的應用。

技術領域

本發明涉及一種低碳鋼表面復相涂層及其制備方法，具體涉及一種含有馬氏體和殘余奧氏體的復相涂層組織及其制備方法，屬于金屬材料表面處理領域。

背景技術

隨著現代工業技術的迅猛發展，在某些特殊環境下大量使用鋼鐵材料，這就對材料的強度和使用壽命等性能有了更高的要求。提高鋼鐵材料強度等性能的傳統方法主要是通過提高合金化水平來實現的，但高合金化會消耗大量的稀有金屬資源，而且其生產工藝復雜需要進行熱處理，同時還存在能源消耗高、環境污染嚴重、材料成本高以及回收再利用困難等一系列問題。因此，必須尋找其他新工藝來提高鋼材的性能以適應現代化生產的需要。

低碳鋼是一種重要的結構材料，被廣泛應用于各種化學、物理等領域。然而，低碳鋼本身的性能和缺陷往往不能滿足人們的需求，如低碳鋼表面活性較高、容易腐蝕、硬度低、耐磨性差等缺陷，很大程度上限制了其在許多有較高要求領域上的應用。為解決這些問題，改善低碳鋼的表面性能，科研工作者們采用了各種手段進行表面改性處理，如基體表面覆蓋技術、鈍化處理、化學轉化處理、電沉積等。這些改性的方法基本都是在低碳鋼表面制備一層具有特定性質的合金層或復合沉積層。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國發明專利 201310383562.4，公開了一種提高低碳鋼氮化產品硬度的冷卻方法，其特征是：將軟氮化后墊片浸入堿水冷卻，細化氮化層組織，提高氮化層硬度。根據實驗所述堿水的溫度為20-60℃，濃度為10%，冷卻時間10min時效果最好。該發明不僅提高了表面的壓應力，還改善產品氮化層組織，提高了產品的硬度。中國專利201510458883.5，公開一種在低碳鋼件表面制備Ni-WC涂層的方法，該發明的特點是在碳鋼表面進行噴丸處理后，采用等離子體融化Ni-WC粉末，在材料表面形成厚度為2-5mm的涂層。涂層和基體之間形成了冶金結合，具有很高的顯微硬度和優異的抗摩擦磨損性能。檢索中還發現，中國專利201310554544.8，公開了一種基于納米技術在低碳鋼表面制備Ni-Cr-Al涂層的方法，在高溫H₂還原氣氛下，納米Ni₂O₃被H₂還原生成具有較高的活性的Ni原子。它們部分與納米Cr發生反應在金屬表面生成新Ni-Cr-Al相，該涂層致密度和均勻性都很高，顯著提高了低碳鋼的耐腐蝕性能、硬度和耐磨性。

雖然以上專利公開了在低碳鋼表面提高硬度及耐磨性的一些方法，但是涂層和基體的結合強度還不夠好，而且界面存在好多缺陷，表面涂層很容易脫落，沒有從根本上解決低碳鋼表面性能的問題。

發明內容

本發明旨在提供一種低碳鋼表面復相涂層及其制備方法，主要是在低碳鋼表面制備一層強度高、韌性好，含有納米貝氏體、馬氏體和殘余奧氏體組織的復相涂層，在低碳鋼表面通過滲碳處理后，再經過回火和碳分配處理，得到高耐磨性能的表面組織。

本發明提供了一種低碳鋼表面復相涂層，是含有納米貝氏體、馬氏體和殘余奧氏體組織的復相涂層，具體包括下列重量百分比的元素：

C: 0.11-0.25%

Si: 1.5-2.3%

Mn: 1.7-2.9%

Cr: 1.9-3.2%