[發明專利]一種高密度碳化鈦復合耐磨涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 201811151570.5
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109112534A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 葉芳霞
• 申請（專利權）人: 西安文理學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C23C8/66
• 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鈦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，向金屬基體表面送鈦鐵粉，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鈦涂層。涂層由大量灰色增強相顆粒TiC和少量灰白色鐵基體組成；增強相顆粒TiC分布均勻，形態規則呈四方或球形，不存在明顯的尖角和棱角。本發明通過鑄造得到的金屬基體與鈦復合體，外引入外碳源，并加熱、保溫，在金屬基體表面形成碳化物涂層，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鈦涂層及其制備方法，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。鈦為強碳化物形成元素，金屬鈦與碳發生原位反應可以生成不同種類的碳化鈦，TiC是一種具有很高的熱穩定性和高硬度的面心結構，晶格常數和晶格類型與奧氏體非常接近，這便于更好地與基體結合，并且TiC的標準自由生成能ΔG0值較低，其合成反應易于進行。此外，高彈性模量和具備良好耐腐蝕性能的TiC顆粒，還有成本低廉等特點，因此多數工作者都集中在TiC增強鐵基復合材料的研究上。

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

本發明的目的就是針對上述現有技術所存在的缺陷，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物涂層，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物涂層的制備方法。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鈦涂層，梯度復合涂層包括大量灰色增強相顆粒TiC和少量灰白色鐵基體；增強相顆粒TiC分布均勻，形態規則，呈四方或球形，粒徑在1-5μm，無明顯的尖角和棱角。

優選的，所述梯度復合涂層的顯微硬度達1120-1530HV_0.1，所述涂層的耐磨性是基體的5.3-7.5倍。

本發明相應地給出了一種制備梯度復合涂層的方法，包括如下步驟：

1)將基體表面除銹后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮超聲清洗，所述基體為低碳鋼或低碳合金鋼；

2)將除銹清洗后的集體表面涂覆一層增碳劑，所述增碳劑用酒精或丙酮調至糊狀后涂敷在所述基體表面；

3)再在其上涂覆一層厚度為1.5-2.5mm保溫涂層；

4)將步驟3)中涂覆有保溫涂層的金屬基體放入高頻感應器中進行表層增碳處理，表層增碳的溫度控制在900-950℃之間，增碳時間為36-72h；