[發明專利]一種具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010845097.1
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN112144004B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 楊冠軍;石秋生;劉梅軍;趙夢琪;李長久
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C4/134
• 分類號: C23C4/134;C23C4/06;C23C24/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

1.一種具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層，其特征在于，由硬質陶瓷顆粒（3）與粘結合金層（2）構成，硬質陶瓷顆粒（3）離散分布并通過粘結合金層（2）結合在葉尖基體（1）的端面上，粘結合金層（2）與葉尖基體（1）的合金形成牢固冶金結合，并將硬質陶瓷顆粒（3）自身高度的0.5-0.9倍包裹住，形成硬質陶瓷顆粒棱角尖銳暴露、且與葉尖基體（1）端面結合牢固的葉尖抗磨切削涂層；

其中棱角尖銳暴露的硬質陶瓷顆粒是指單個顆粒的最小方向尺寸超過顆粒平均粒徑0.05倍的暴露面，與葉尖基體（1）端面外法線的角度均介于0-60°之間；

硬質陶瓷顆粒朝向葉尖基體（1）外表面外法線的一側的頂端高度差小于顆粒自身平均粒徑的0.2-0.5倍；

其中，棱角尖銳暴露的硬質陶瓷顆粒占硬質陶瓷顆粒總數量超過50%；

粘結合金層（2）中Cr、Al和Si元素的總摩爾含量為13%~48%；粘結合金層（2）選擇鎳含量大于53.0%，鉻含量為6%~28%的鎳基合金；或者，選擇鈦含量大于40%，鋯含量為18%~30%，銅含量為10%~25%，鎳含量為5%-~10%的鈦基合金；

按開爾文溫度計算，粘結合金的熔點低于葉尖基體（1）的熔點的0.9倍；

所述具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層按照以下方法制備：

1）涂覆粘結合金層：對經過潔凈處理后的葉尖基體（1）表面涂覆粘結合金層（2）；

2）在粘結合金層（2）表面撒布硬質陶瓷顆粒（3 ）；

3）加熱重熔：對撒有硬質顆粒的粘結合金層加熱使其重新熔化，使得粘結合金將硬質陶瓷顆粒（3 ）包裹緊實并與葉尖基體（1）之間形成牢固的冶金結合，粘結合金層（2）與葉尖基體（1）的結合強度超過60MPa；

其中，加熱重熔的溫度采用粘結合金熔點的1.02-1.3倍，且該溫度低于葉尖基體（1）與粘結合金熔點之差的0.5倍。

2.根據權利要求1所述的具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層，其特征在于，硬質陶瓷顆粒的平均粒徑為50~120 μm時，滿足切削性能需求；硬質陶瓷顆粒的平均粒徑為121 ~350 μm時，滿足散熱性能需求。

3.根據權利要求1所述的具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層，其特征在于，相鄰兩個硬質陶瓷顆粒（3）的分布間距為硬質陶瓷顆粒自身平均粒徑的1~2.5倍時，滿足快速切削性能需求；相鄰兩個硬質陶瓷顆粒（3）的分布間距為硬質陶瓷顆粒自身平均粒徑的3~10倍時，滿足散熱性能需求。

4.權利要求1所述的具有飽和鑲嵌結構的葉尖抗磨切削涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）涂覆粘結合金層：對經過潔凈處理后的葉尖基體（1）表面涂覆粘結合金層（2）；

涂覆粘結合金層采用真空等離子噴涂法或者激光熔覆法；其中：

所述真空等離子噴涂法的噴涂功率為25~55k，噴涂距離為100~400mm；

所述激光熔覆法的熔覆速度為6~60mm/s，送粉方式為同步同軸送粉，送粉率為10~60g/min；

2）在粘結合金層（2）表面撒布硬質陶瓷顆粒（3 ）；

3）加熱重熔：對撒有硬質顆粒的粘結合金層加熱使其重新熔化，使得粘結合金將硬質陶瓷顆粒（3 ）包裹緊實并與葉尖基體（1）之間形成牢固的冶金結合，粘結合金層（2）與葉尖基體（1）的結合強度超過60MPa；

其中，加熱重熔的溫度采用粘結合金熔點的1.02-1.3倍，且該溫度低于葉尖基體（1）與粘結合金熔點之差的0.5倍；

加熱重熔采用真空加熱或者感應加熱；

真空加熱處理的真空度小于5×10^-2Pa，加熱速率為5~10℃/min，保溫時間為3~30min；

感應加熱處理的感應電流為20~65A，加熱距離為2.5~8mm，加熱時間為2~15s。