[發明專利]一種碳化鉻梯度復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201811151569.2
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109234733B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 葉芳霞
• 申請（專利權）人: 西安文理學院
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C8/66;C23C24/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種碳化鉻梯度復合涂層及其制備方法，將金屬基體表面處理，配制增碳劑，在表面涂覆增碳劑和保溫涂層，表層增碳，向金屬基體表面送鉻鐵粉，預干燥激光掃描，多道搭接熔覆，保溫，隨爐冷卻，得金屬基體表面的復合耐磨碳化鉻涂層。涂層包括Cr₇C₃致密陶瓷層，還進一步包括顆粒狀(Fe,Cr)₇C₃型碳化鉻與基體的復合區，板條狀(Fe,Cr)₇C₃型碳化鉻與基體的復合區以及含碳量和含鉻量較少的鐵素體區，且依次呈梯度分布，可被施加于金屬基體表面。本發明通過激光熔覆得到的金屬基體與鉻復合體，外引入外碳源，并加熱、保溫，在金屬基體表面形成復合耐磨碳化鉻涂層，涂層與基體之間為冶金結合，結合力很強，大幅度提高了金屬基體表面的耐磨性能。

技術領域

本發明涉及一種耐磨涂層及其制備方法，尤其涉及一種復合耐磨碳化鉻涂層及其制備方法，具體涉及一種應用于低碳鋼或低碳合金鋼表面的復合耐磨碳化物涂層及其制備方法。

背景技術

碳化物具有硬度高、耐磨損性能優越的特點，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。鉻為強碳化物形成元素，金屬鉻與碳發生原位反應可以生成不同種類的碳化鉻，常見的碳化物鉻的種類有Cr₃C₂、Cr₇C₃、Cr₂₃C₆三種，它們的形成條件及細觀結構已被材料學者們所認識。其中Cr₇C₃型碳化物以它的高硬度、高熔點、強共價鍵以及極好的高溫穩定性而著稱，且與鐵液潤濕性良好，在抗磨材料中作為一種具有優良性能的增強相得到廣泛的關注。此外，Cr₇C₃的密度和鐵的密度(～7.87g/cm³)相差不大，在制備復合材料過程中不易發生顆粒上浮或下沉現象。

目前制備碳化物涂層的方法有化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱噴涂方法、熱滲鍍方法等，但是這些方法，存在生產設備要求苛刻、生產效率低、涂層結合強度低等不足。因此如何獲得碳化物涂層，并且選擇一種生產設備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結合力好、不易脫落且力學性能、耐磨性能優異的涂層是亟待解決的問題。

激光熔覆技術是利用高能密度激光束所產生的局部高溫將兩種或兩種以上金屬界面瞬間熔化，熔覆材料與基體表面試樣冶金結合，形成性能與基體相比更加優良的涂層，從而達到節省貴金屬同時提高材料表面性能的目的。激光熔覆后，合金粉末和基材表面之間形成冶金結合涂層，其綜合性能優越。但在熔覆過程中，還存在以下問題亟需解決：(1)由于熔覆涂層與基體之間的溫度梯度較大，且合金粉末與基體材料之間的性能差異較大，熔覆涂層容易產生裂紋、氣孔等缺陷，所以熔覆合金粉末中各種合金元素的種類和含量需嚴格控制；(2)反應層厚度較薄，不能很好地滿足使用要求；(3)由于整個反應瞬間完成，反應層厚度無法控制。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種應用于低碳鋼或低碳合金鋼表面的梯度復合耐磨碳化鉻涂層，并且提供一種反應層厚度可控的，用于獲得上述復合耐磨碳化鉻涂層的制備方法。該涂層厚度可控，密度較高，化學穩定性及耐磨性好，具有低摩擦系數、高硬度、低表面能以及低傳熱性。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種梯度復合涂層，梯度復合涂層為碳化鉻涂層，梯度復合涂層中第一涂層包括Cr₇C₃致密陶瓷層；第二涂層包括顆粒狀(Fe,Cr)₇C₃型碳化鉻與基體的復合區；第三涂層包括板條狀(Fe,Cr)₇C₃型碳化鉻與基體的復合區以及含碳量和含鉻量較少的鐵素體區；且所述第一涂層、所述第二涂層和所述第三涂層依次呈梯度分布。