[發(fā)明專利]一種強(qiáng)韌耐磨強(qiáng)化層及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110448607.6
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113122840A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔洪芝;畢勇;馬國梁;宋曉杰;滿成;崔中雨;逄昆;張宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00;C22C32/00
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)韌耐磨強(qiáng)化層及其制備方法，它的原料是添加50wt％～80wt％的Ni?Co?Cr中熵合金粉末，并根據(jù)中熵合金粉末的配比添加20wt％～50wt％的強(qiáng)化相陶瓷粉末，兩者混合得到混合粉末，利用激光熔覆將復(fù)合涂層熔覆在24CrNiMo基體上；所述的陶瓷粉末至少包括WC粉，上述粉末在激光熔覆過程中WC陶瓷顆粒會發(fā)生不同程度的分解，形成硬度介于WC和FCC基體之間的W₂C、M₂₃C₆、M₇C₃、M₆C化合物，這些化合物與外加的陶瓷強(qiáng)化相配合，對中熵合金Ni?Co?Cr的FCC基體，形成梯次強(qiáng)化作用。本發(fā)明解決了目前高鐵制動盤高速緊急制動帶來的表層高溫磨耗和熱疲勞失效問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料表面加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是針對高鐵制動盤、車軸、 輪軌等在服役過程中反復(fù)拉伸、壓縮，摩擦面發(fā)生熱疲勞，產(chǎn)生裂紋，表面損 耗嚴(yán)重等零部件的強(qiáng)化。具體涉及一種利用激光熔覆的表面強(qiáng)化技術(shù)制備添加 不同含量陶瓷強(qiáng)化相的中熵合金Ni-Co-Cr復(fù)合涂層的方法，中熵的面心立方基 體與陶瓷相“軟硬配合”，陶瓷相形成了“耐磨網(wǎng)絡(luò)”，對中熵合金基體形成 了“梯次強(qiáng)化”，此方法不僅大幅提高了制動盤等零部件表面的耐磨性，同時 提高了強(qiáng)韌性和抗熱疲勞性能，延長使用壽命。

背景技術(shù)

中國高鐵引領(lǐng)著世界高鐵發(fā)展的新潮流，已經(jīng)成為世界品牌。以高速動車 組為代表的高速鐵路裝備在長期技術(shù)積累和自主研發(fā)基礎(chǔ)上，持續(xù)創(chuàng)新，對列 車運行安全性、產(chǎn)品可靠性不斷提出新需求新挑戰(zhàn)。隨著我國高速鐵路的快速 發(fā)展，對制動性能提出了更嚴(yán)格的要求，高鐵速度提高1倍，制動功率則需增 加8倍。制動系統(tǒng)的性能好壞對高鐵制動效果非常關(guān)鍵，因此，對高鐵制動盤 的性能提出了更加嚴(yán)格的要求。

高鐵制動盤的耐磨性、抗熱疲勞性能直接影響高鐵的高速運行制動。目前 我國動車組制動盤材料為24CrNiMo鑄鋼材料，多依賴于國外進(jìn)口。專利 201810616625.9公開了一種采用多元合金化和多種熱處理工藝生產(chǎn)高鐵制動盤 的方法，性能優(yōu)于國外同類產(chǎn)品，實現(xiàn)制動盤的國產(chǎn)化。而高鐵制動盤在服役 過程中反復(fù)拉伸、壓縮，制動盤摩擦面發(fā)生熱疲勞產(chǎn)生裂紋，并且產(chǎn)生的摩擦 損耗、熱斑、冷熱疲勞裂紋等損傷形式均發(fā)生在制動盤表層，對表面損耗嚴(yán)重。 針對制動盤表面嚴(yán)酷的服役環(huán)境，可采用表面強(qiáng)化的方式對高鐵制動盤進(jìn)行表 面改性。

激光熔覆技術(shù)是一種在基體表面添加熔覆材料，通過高能量密度激光束使 熔覆材料與基材表面快速凝固，實現(xiàn)冶金結(jié)合的表面改性技術(shù)，該技術(shù)操作簡 便靈活，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度高，涂層孔隙率低，具有高的加熱和冷卻速率， 能夠使合金組織細(xì)化，硬度和耐磨性提高。專利202010328479.7連續(xù)采用激光 熔覆多層材料，實現(xiàn)高溫合金基體與粘結(jié)層之間、粘結(jié)層與熱障涂層之間的冶 金結(jié)合，通過粘結(jié)層的成分梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計緩解基體與熱障涂層的熱膨脹失配， 且熱障涂層與基底結(jié)合強(qiáng)度高，涂層致密性高，裂紋少，同時提高熱障涂層的 壽命。

激光熔覆金屬陶瓷材料是通過大功率激光束的作用，形成均勻、致密且與 基體結(jié)合牢固并具有一定韌性的金屬陶瓷復(fù)合涂層。專利201310747265.3公開 了一種激光熔覆WC耐磨涂層的新型滾刀的制作工藝，它采用激光同步送粉熔覆 技術(shù)對工件表面進(jìn)行熔覆耐磨強(qiáng)化處理，得到了含有WC陶瓷強(qiáng)化相的耐磨涂層， 涂層表面成型性好，涂層厚度可控。

采用以上涂層體系設(shè)計及表面強(qiáng)化技術(shù)，可對工件表層在嚴(yán)酷的服役環(huán)境 下提高工件使用壽命。針對高鐵制動盤表面形成梯度變化的耐磨抗熱疲勞涂層 以及制備方法，還尚未見到報道。因此，迫切需要針對制動盤表面高溫磨耗和 熱疲勞失效等現(xiàn)象，發(fā)明具有高耐磨和抗熱疲勞性能的強(qiáng)化層及其制備方法， 滿足高鐵提速對制動盤表層耐磨性能和抗熱疲勞性能更好的需求，大幅提高制 動盤的服役壽命。