CN102120263A - 一种耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐磨涂层的制备方法，包括混合钨、镍、铬、硅、碳、硼和铁粉末，经球磨制成料浆后涂覆在钢件表面，再经干燥后烧结。本发明的方法烧结温度低，对钢件影响小，可连续生产，涂层的耐磨性高，工件使用寿命长，降低企业生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨涂层的制备方法，属于粉末冶金技术领域。
背景技术
材料是人类生存和发展的物质基础之一。当今社会已经把降低材料的损耗作为一个非常重要的问题。机械零件的失效大多数是从表面开始，材料的表面强度直接影响机械零件的使用寿命。据不完全统计，全世界各类机械零部件每年因摩擦磨损造成的经济损失高达数千亿美元。由于摩擦磨损发生在材料表面，因此采用先进的表面技术，在普通材料表面优化设计制备出所需的耐磨涂层是一种简便有效的方法。它不仅可显著提高产品的可靠性和使用寿命，减少产品的维修和更换，而且节约材料和能源，有利于环境保护，是材料科学的发展方向之一。
通过表面冶金强化使钢材等材料表面获得高耐磨能力的覆层是提高零件使用寿命，节约钢材和贵重合金材料的重要手段。因此，近些年来材料表面新技术特别是涂层技术的发展愈来愈快。
目前，研究主要集中于热喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂或激光熔敷等技术获得的Ni基、Co基、Fe基等耐磨耐蚀涂层上，但是从工艺上都有其局限性，如热喷焊涂层工艺性差，涂层质量低；激光熔敷所用设备昂贵，激光功率小；等离子喷涂、爆炸喷涂噪音污染，设备复杂，工艺性不稳定等，因而，在工程应用中受到一定的限制。因此，采用一种新的方法制备耐磨抗腐蚀涂层得到了人们的广泛重视。
真空熔烧技术是利用液态钎料合金在基体金属上的润湿和铺展而在基体表面形成一种具有特殊性能涂层的技术。真空熔烧法制备涂层，则是一种使用真空熔烧设备，在真空条件下，对涂覆于零件表面的合金涂层加热，使合金涂层材料发生熔融，并与基体材料之间发生溶解和扩散等物理化学反应，即用表面冶金的方法得到具有耐磨、抗蚀及耐高温等优良性能的表面涂层技术。在合金粉末中可以加入纯金属、高硬度的间隙相以及其它非金属陶瓷粉末等提高涂层的性能。
近十年来，其研究报道多集中在对镍基、钴基、铁基钎涂涂层的微观结构和界面结合机制的研究，制备涂层也多选用自熔性合金粉末。自熔性合金是一类应用广泛的具有优良耐磨抗蚀性能的涂层材料，其特点是通过添加少量的B、Si元素，一方面使合金熔点大幅度降低，在重熔时具有良好的流动性和自脱氧造渣性能，从而能够获得结晶致密的、与基材结合良好的高强度涂层，并具有很好的耐腐蚀性能；另一方面，在涂层中形成弥散分布的NiB、CrB等高硬度的硼化物相，使涂层具有良好的耐磨性能。另外，在涂层中加入WC或TiC等硬质相，可以很大程度提高涂层的耐磨性能，从而达到更高的工作条件，在生产生活中，有很大的应用价值和意义。
虽然现有技术已经将镍基或铁基自熔合金粉与WC或TiC混合后经真空烧结制备耐磨涂层，但其烧结温度在1050℃以上，温度过高对基体性能不利。而且真空烧结对于工业化规模生产的成本高。
发明内容
本发明提出一种耐磨涂层的制备方法，用于克服以上现有技术的不足。
本发明的耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)混合：涂层的成分为W9～57％、Ni4～10％、Cr6～15％、Si1.2～4％、C2～5％、B1.2～4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于950～980℃烧结40～60min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
本发明之所以可以在950～980℃的温度下烧结得到耐磨涂层，是因为原料使用了元素粉，其中钨与碳、硼和硅之间，以及铬与碳、硼之间会发生放热反应，强化烧结过程，可以在较低温度下烧结成涂层。从而对钢件的性能影响减小。此外，由于放热反应的强化作用，还可以在氢气气氛下烧结成涂层，从而可以实现连续的大规模工业生产，并且生产成本降低。元素硼使用硼铁为原料是因为单质硼价格太高。由于在烧结过程中形成硼化物和碳化物，使得涂层的耐磨性明显提高，从而得到具有优异耐磨性的涂层。涂层的耐磨性是高锰钢的10倍以上。由此避免使用高成本钢的材料整体制作钢件，或者减小原有钢件的厚度达到节约材料和运转动力，从而使企业生产成本明显降低。
具体实施方式
实施例1
按如下步骤在钢件上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W25％、Ni8％、Cr12％、Si3％、C2.5％、B3％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于970℃烧结50min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
实施例2
按如下步骤在钢件上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W45％、Ni4％、Cr7％、Si1.5％、C4.5％、B1.5％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于960℃烧结45min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
实施例3
按如下步骤在钢件上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W35％、Ni6％、Cr10％、Si2.4％、C3.8％、B2.4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于970℃烧结50min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
实施例4
按如下步骤在钢件上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W9％、Ni10％、Cr15％、Si4％、C2％、B4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于980℃烧结60min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
实施例5
按如下步骤在钢件上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W57％、Ni4％、Cr6％、Si1.2％、C5％、B1.2％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于950℃烧结40min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
实施例6
按如下步骤在球磨机衬板上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W35％、Ni6％、Cr10％、Si2.4％、C3.8％、B2.4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于970℃烧结50min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的衬板。
实施例7
按如下步骤在球磨机出料格子板上制备耐磨涂层：
(1)混合：涂层的成分为W35％、Ni6％、Cr10％、Si2.4％、C3.8％、B2.4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于970℃烧结50min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的衬板。
Claims (2)
1.一种耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)混合：涂层的成分为W9～57％、Ni4～10％、Cr6～15％、Si1.5～4％、C2～5％、B1.5～4％，其余为Fe，按照所述成分比例均匀混合涂层粉末，其中W以WC作为原料，镍以镍粉为原料，其它元素以其相应的铁合金粉作为原料，余下的Fe以Fe粉为原料调整；将上述原料装入球磨桶内，加入8％饱和橡胶汽油溶液球磨混合2小时；
(2)涂覆：将待涂覆的钢件表面喷砂处理，将上述混合好的料浆均匀涂覆在喷砂处理后的钢件表面上；
(3)干燥：将上述涂覆好的钢件置于干燥箱中于100℃下干燥1小时；
(4)烧结：将上述干燥好的钢件置于连续氢气烧结炉中于950～980℃烧结40～60min，冷却后出炉得到具有耐磨涂层的钢件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述钢件是球磨机衬板或球磨机出料格子板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Patent director of Sanhe science and Technology University bode powder Co.,Ltd. Document name: payment instructions |
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Addressee: Patent of Sanhe Keda bode powder Co.,Ltd. The person in charge Document name: Notice of termination of patent right |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120725 Termination date: 20210108 |