[發明專利]一種NbC/Fe2B復合梯度耐磨涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010794012.1
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111719152B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 魏祥;劉曉威;楊澤壬;陳志國;郝鵬磊
• 申請（專利權）人: 湖南人文科技學院
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02;C23C8/70
• 代理公司: 廣州市紅荔專利代理有限公司 44214
• 代理人: 胡昌國

本發明公開了一種NbC/Fe₂B復合梯度耐磨涂層及其制備方法，屬于耐磨涂層領域。本發明中所述涂層包含NbC和Fe₂B兩種硬質相，其中NbC耐磨涂層位于復合涂層的外側，Fe₂B耐磨涂層位于NbC耐磨涂層與基體材料之間。其制備過程包括選用以滲碳體為強化相的鋼鐵材料（0.3%≤C wt%≤1.2%）為基體材料，并對其進行表面處理，以純Nb棒為電極材料，采用電火花沉積工藝首先制備NbC強化的納米晶涂層，再對該涂層進行固體滲硼處理。本發明中制備的涂層在工件截面上形成了微觀組織和力學性能的梯度結構，能顯著提高涂層的綜合性能，電火花沉積的納米晶涂層中包含大量的晶界和位錯，能極大的降低滲硼溫度，縮短滲硼時間。

技術領域

本發明涉及一種耐磨涂層及其制備方法，特別是涉及一種NbC/Fe₂B復合梯度耐磨涂層及其制備方法。

背景技術

表面工程技術能在材料表面制備出與基體材料不同，具有優異耐磨和耐腐蝕等特殊性能的涂層或覆層，能以最經濟、最有效的方法改變材料表面及近表面區的形態、化學成分和組織結構，實現材料表面的強化、改性及修復與再制造。該技術在實際中已得到了廣泛的應用，并創造了巨大的經濟效益。

電火花沉積工藝就是一種利用電火花放電將電極材料熔化并轉移至基體材料表面，以形成特定性能涂層的表面處理技術。其沉積的具體原理是，當作為陽極的電極材料通過旋轉或振動的方式與作為陰極的基體材料（工件）無限接近時，利用短周期、高電流的電脈沖放電，產生的高達5000～10000℃的高溫將電極材料與基體材料無限接近的微小區域瞬間熔化甚至氣化，并在電場力的作用下，熔融的電極材料轉移至基體材料表面與熔融的電極材料發生熔合并快速凝固，形成冶金結合的沉積層。與其他表面技術相比，電火花沉積工藝具有如下的優點：（1）能量輸入底，基體保持在室溫，熱影響區小，因此，可以忽略其對基體的影響；（2）涂層與基體呈冶金結合且結合強度高，明顯優于熱噴涂；（4）設備便宜且操作簡單；（5）適用原地或在線修復，這點對大型工件或在線設備的修復非常重要；（6）熔融電極材料能在基材表面快速凝固，能形成納米晶，甚至非晶涂層，進一步提升材料的性能。然而，目前在電火花沉積制備耐磨涂層的實際生產中，為獲得優異的耐磨性能，其所使用的電極材料一般都為高硬度的硬質合金或金屬陶瓷。雖然該類涂層具有較好的耐磨性，獲得了較多的應用，但同時也存在一些不足。高硬度硬質合金或金屬陶瓷的高硬度來自于其大量脆性的硬質相，而電火花沉積是一種快速凝固的表面處理技術，因此，在電火花沉積過程中，制備的涂層中極易產生縱向的裂紋，不利于涂層耐磨性的提高，并且由于較大熱應力的存在，使得涂層容易發生剝落，因此其實用的涂層厚度一般在50μm左右，并不能獲得大厚度的耐磨涂層。為獲得較大的涂層厚度，并避免涂層中裂紋的產生，最近，欒程群等報道了一種基于電火花沉積，以塑性較好的Nb棒為電極材料在熱作模具鋼H13鋼表面制備Nb涂層的工作，結果表明，涂層截面組織連續、致密，無明顯的缺陷，含Fe₂Nb 和Fe_0.2Nb_0.8兩種物相，涂層的硬度到642HV，為基體的3.2倍，在同等摩擦磨損實驗條件下，其磨損質量僅為基體材料的1/3，顯著的提高了H13鋼模具的壽命（欒程群，等. H13鋼表面電火花沉積Nb涂層組織與性能研究，表面技術，2019,48（1）：285-289.）。NbC具有比Fe₂Nb 和Fe_0.2Nb_0.8兩種物相高得多的硬度，并已在高溫合金（專利號：CN108467959B）、金屬陶瓷（專利號：）、薄膜材料（專利號：CN105779951A）、焊絲（專利號：CN103894757A）和涂層（專利號：CN103526198A、CN103255414A）等領域獲得了廣泛的應用。另一方面，有研究表明，相比于單一涂層，復合梯度涂層能進一步顯著的改善涂層的綜合性能，但目前關于NbC/Fe₂B復合梯度耐磨涂層的研究仍未見公開報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種高性能的NbC/Fe₂B復合梯度耐磨涂層及其制備方法。