CN103046042B - 一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 - Google Patents
一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103046042B CN103046042B CN201110309109.XA CN201110309109A CN103046042B CN 103046042 B CN103046042 B CN 103046042B CN 201110309109 A CN201110309109 A CN 201110309109A CN 103046042 B CN103046042 B CN 103046042B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coating
- titanium carbonitride
- nitrogen
- titanium
- iron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
本发明提供一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，属于表面工程技术领域。本发明以工业钛粉和石墨粉为原料，添加酒精和有机粘结剂混合制成浆料，通过刷涂将浆料涂覆在铁基工件表面，在氮气保护下，采用直流TIG焊熔涂工艺，利用钛、碳和氮之间的反应合成硬质相碳氮化钛，获得以碳氮化钛为硬质相、铁基合金为基体相的碳氮化钛/铁基合金复合涂层。本发明的优点在于：复合涂层具有厚度大、致密度高，硬度高、耐磨性优异的特点；工艺设备简单、操作方便、成本低廉、无污染。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷/金属复合涂层制备技术领域，特别涉及一种在氮气保护下，采用TIG焊熔涂方法在铁基金属表面原位合成碳氮化钛/铁基合金复合涂层的方法。
技术背景
碳氮化钛是一种性能优良、用途广泛的非氧化物材料，也是一种性能优异的涂层材料，它兼有氮化钛和碳化钛的特性和优点。与碳化钛相比，碳氮化钛的塑性、耐磨性更优异；与氮化钛相比，碳氮化钛具有更好的抗粘着磨损和抗磨粒磨损性能、更低的摩擦因数。目前，碳氮化钛基金属陶瓷涂层的等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧结、激光熔覆制备技术得到了广泛的应用和研究。分析上述方法，会发现它们一般都具有设备昂贵，工艺复杂，涂层薄，效率低、成本高一种或几种缺点。
另外，采用火焰喷涂(焊)、等离子喷涂、氩弧熔覆、激光熔覆、感应熔覆、真空烧结工艺在零件表面制备陶瓷/金属复合涂层，已成为制备高硬度耐磨合金层重要方法。但上述技术中，作为硬质相的陶瓷相大多需预先合成，涂层中的陶瓷相粗大、分布不均匀，陶瓷/金属结合界面易受污染，涂层性能不够稳定。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种制备工艺简单、生产成本低、制备效率高的碳氮化钛/铁基合金复合涂层制备方法。本发明实施的碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，将反应合成技术与氮弧熔覆技术相结合，利用熔涂工艺在铁基金属基体表面原位合成碳氮化钛/铁基合金复合涂层。
本发明实施的碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，通过以下措施实现：在氮气保护下，以表面预涂钛碳摩尔比1∶1的钛粉和石墨粉铁基体为阳极，采用直流TIG焊熔涂方法，利用熔涂过程中的氮弧能量将阳极熔化或熔融为低熔点液态铁基合金的同时使部分氮气电离，电离的氮气及未被电离的氮气与熔化或熔融的石墨及钛反应[Ti+[N]→TiN，Ti+C→TiC，式中[N]表示氮原子、氮分子或氮离子(N-、N+)]生成TiC和TiN，TiC和TiN相互发生反应形成TiCN(碳氮化钛)硬质相，冷却后生成以碳氮化钛为硬质相、铁基合金为基体相(粘结相)的碳氮化钛/铁基合金复合涂层。
本发明实施的碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，工艺步骤为：
1.以纯度大于98％的工业钛粉和纯度大于98％的工业石墨粉混合粉末为原料，将其按钛碳摩尔比1∶1混合球磨，球磨的球料比为2∶1～5∶1，球磨转速为100～150r/min，球磨方式为湿磨，球磨介质为酒精，球磨时间为6～12h；
2.烘干混合粉末，烘干温度为45～60℃，烘干时间为6～12h；
3.用酒精稀释有机粘结剂将上述混合粉末调成浆料，浆料中有机粘结剂与混合粉末的质量百分比为1％～2％，有机粘结剂为聚丙烯酸腊或聚丁烯或聚苯乙烯；
4.用砂纸打磨铁基工件预涂表面直到出现金属光泽，用酒精或丙酮溶液清洗打磨后的表面并用热风吹干。
5.采用刷涂法在铁基工件表面涂覆浆料，涂覆厚度0.5～5.0mm，涂覆过程中不断压实涂覆层；
6.将上述涂覆好的铁基工件自然阴干6～12h，然后将其置入烘干箱中烘干，烘干温度45～60℃，烘干时间6～12h；
7.反应氮弧熔涂，在氮气保护下用TIG焊进行搭接烧熔，烧熔工艺条件为：直流正接，钨极直径1～5mm，电弧长度1～3mm，焊接电流50～500A，氮气流量10～15L/min，氮气纯度99.5％～99.99％，焊接速度1～4mm/s，烧熔道次重叠率30％～50％；
8.将熔涂后的铁基工件放入温度为600～700℃的保温箱，断电后随炉冷却至室温。
本发明具有积极的效果：本发明提供的碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，不需要预先合成碳氮化钛粉体，而是利用碳氮化钛形成元素在氮弧烧熔过程中通过反应直接合成碳氮化钛基金属陶瓷涂层，方法简单，成本低，提高了碳氮化钛/铁基合金复合涂层的制备效率，从根本上解决了等离子体化学气相沉积、中温化学气相沉积、空心阴极离子镀、离子束辅助沉积、粉末冶金真空烧结、激光熔覆方法存在的问题，开辟了碳氮化钛基金属陶瓷涂层制备新途径。
附图说明
图1为涂层的XRD图谱，图2为涂层截面的扫描电镜(SEM)照片，图3为涂层截面的显微硬度分布曲线，图4为涂层与基体的磨损性能对比曲线。
具体实施方式
本发明采用上述碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，在Q235钢试件表面制备碳氮化钛/铁基合金复合涂层。
实施例1：
(1)将钛粉(化学成份见表1)和石墨粉(纯度不低于98％)按钛碳摩尔比1∶1配比混合，以浓度95％的酒精为球磨介质，用DQM型行星式球磨机球磨，球料比为3∶1，球磨转速为120r/min，球磨时间为10h；
表1钛粉化学成分
(2)将球磨后的混合粉末置入烘干箱烘干，烘干温度为50℃，烘干时间为10h；
(3)用酒精稀释聚丙烯酸腊有机粘结剂将混合粉末调成浆料，浆料中有机粘结剂与混合粉末的质量百分比为1.5％；
(4)用200目砂纸打磨Q235钢试件预涂表面直到出现金属光泽；
(5)用浓度95％的酒精清洗打磨后的表面并用热风吹干。
(6)将浆料均匀刷涂在试件表面，涂覆厚度3mm，涂覆过程中不断压实涂覆层；
(7)将涂覆好的工件自然阴干10h后再将其放入烘干箱中烘干，烘干温度为50℃，烘干时间为10h；
(8)用唐山松下产YC-500WX型焊机进行搭接烧熔，工艺条件为：直流正接，钨极直径3.2mm，电弧长度2mm，焊接电流200A，氮气流量12L/min，氮气纯度99.9％，焊接速度3mm/s，熔覆道次重叠率40％±2％。
(9)熔覆结束后将试件放入600～700℃的保温箱，断电后随炉冷却至室温。
采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机观察和分析涂层物相、组织结构、硬度及磨损性能。从附图1、2、3、4可知，TiCN(碳氮化钛)为涂层物相的主要组成部分，涂层结构致密，硬度高，耐磨性好。
实施例2：
(1)将钛粉(化学成份见表2)和石墨粉(纯度不低于98％)按钛碳摩尔比1∶1配比混合，以浓度95％的酒精为球磨介质，用DQM型行星式球磨机球磨，球料比为2∶1，球磨转速为150r/min，球磨时间为6h；
表2钛粉化学成分
(2)将球磨后的混合粉末置入烘干箱烘干，烘干温度为45℃，烘干时间为12h；
(3)用酒精稀释聚丁烯有机粘结剂将混合粉末调成浆料，浆料中有机粘结剂与混合粉末的质量百分比为1％；
(4)用200目砂纸打磨Q235钢试件预涂表面直到出现金属光泽；
(5)用浓度95％的酒精清洗打磨后的表面并用热风吹干。
(6)将浆料均匀刷涂在试件表面，涂覆厚度0.5mm，涂覆过程中不断压实涂覆层；
(7)将涂覆好的工件自然阴干6h后再将其放入烘干箱中烘干，烘干温度为45℃，烘干时间为6h；
(8)用唐山松下产YC-500WX型焊机进行搭接烧熔，工艺条件为：直流正接，钨极直径1mm，电弧长度3mm，焊接电流50A，氮气流量10L/min，氮气纯度99.99％，焊接速度4mm/s，熔覆道次重叠率32％±2％。
(9)熔覆结束后将试件放入600～700℃的保温箱，断电后随炉冷却至室温。
采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机观察和分析涂层物相、组织结构、硬度及磨损性能。结果表明，TiCN(碳氮化钛)为涂层物相的主要组成部分，涂层结构致密，硬度高，耐磨性好。
实施例3：
(1)将钛粉(化学成份见表1)和石墨粉(纯度不低于98％)按钛碳摩尔比1∶1配比混合，以浓度95％的酒精为球磨介质，用DQM型行星式球磨机球磨，球料比为5∶1，球磨转速为100r/min，球磨时间为12h；
(2)将球磨后的混合粉末置入烘干箱烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为6h；
(3)用酒精稀释聚苯乙烯有机粘结剂将混合粉末调成浆料，浆料中有机粘结剂与混合粉末的质量百分比为2％；
(4)用200目砂纸打磨Q235钢试件预涂表面直到出现金属光泽；
(5)用浓度95％的酒精清洗打磨后的表面并用热风吹干。
(6)将浆料均匀刷涂在试件表面，涂覆厚度5mm，涂覆过程中不断压实涂覆层；
(7)将涂覆好的工件自然阴干12h后再将其放入烘干箱中烘干，烘干温度为60℃，烘干时间为12h；
(8)用唐山松下产YC-500WX型焊机进行搭接烧熔，工艺条件为：直流正接，钨极直径5mm，电弧长度1mm，焊接电流500A，氮气流量15L/min，氮气纯度99.99％，焊接速度1mm/s，熔覆道次重叠率48％±2％。
(9)熔覆结束后将试件放入600～700℃的保温箱，断电后随炉冷却至室温。
采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机观察和分析涂层物相、组织结构、硬度及磨损性能。结果表明，TiCN(碳氮化钛)为涂层物相的主要组成部分，涂层结构致密，硬度高，耐磨性好。
Claims (2)
1.一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，其特征在于：用于在Q235钢制件表面制备碳氮化钛/铁基合金复合涂层，包括如下步骤：
(1)将纯度大于98％的工业钛粉和纯度大于98％的工业石墨粉按钛碳摩尔比1∶1混合球磨，球磨的球料比为2∶1～5∶1，球磨转速为100～150r/min，球磨方式为湿磨，球磨介质为酒精，球磨时间为6～12h；
(2)烘干混合粉末，烘干温度为45～60℃，烘干时间6～12h；
(3)用酒精稀释有机粘结剂将上述混合粉末调成浆料，浆料中有机粘结剂与混合粉末的质量百分比为1％～2％，有机粘结剂为聚丙烯酸腊或聚丁烯或聚苯乙烯；
(4)采用刷涂法在Q235钢制件表面涂覆上述浆料，涂覆厚度0.5～5.0mm，涂覆过程中不断压实涂覆层；
(5)将上述涂覆好的Q235钢制件自然阴干6～12h，然后将其置入烘干箱中烘干，烘干温度45～60℃，烘干时间6～12h；
(6)反应氮弧熔涂，在氮气保护下用TIG焊进行搭接烧熔；
(7)将熔涂后的Q235钢制件放入温度为600～700℃的保温箱，断电后随炉冷却至室温；所述的反应氮弧熔涂工艺条件为：直流正接，钨极直径1～5mm，电弧长度1～3mm，焊接电流50～500A，氮气流量10～15L/min，氮气纯度99.5％～99.99％，焊接速度1～4mm/s，烧熔道次重叠率30％～50％。
2.根据权利要求1所述的碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法，其特征在于：所述的Q235钢制件在刷涂浆料前先用砂纸打磨预涂表面直至出现金属光泽，然后再用酒精或丙酮溶液清洗打磨后的表面并用热风吹干。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110309109.XA CN103046042B (zh) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | 一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110309109.XA CN103046042B (zh) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | 一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103046042A CN103046042A (zh) | 2013-04-17 |
| CN103046042B true CN103046042B (zh) | 2016-04-20 |
Family
ID=48058899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110309109.XA Active CN103046042B (zh) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | 一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103046042B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103710695B (zh) * | 2013-12-25 | 2016-02-03 | 长春金海硬质涂层有限公司 | 一种用于金属工件表面碳氮化钛防护涂层的制备方法 |
| CN104174845B (zh) * | 2014-08-13 | 2016-01-06 | 杭州电子科技大学 | 一种选区激光熔化成型制备钛合金零件的方法 |
| CN109136910B (zh) * | 2018-08-24 | 2020-09-04 | 合肥恒大江海泵业股份有限公司 | 一种高耐磨涂层材料及其制备方法与应用 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101590558A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-02 | 河北农业大学 | 反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法 |
| CN101591779A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-02 | 河北农业大学 | 反应氮弧熔覆碳氮化钛基金属陶瓷涂层制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3475932B2 (ja) * | 2001-02-16 | 2003-12-10 | 三菱マテリアル神戸ツールズ株式会社 | 高速切削ですぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 |
-
2011
- 2011-10-12 CN CN201110309109.XA patent/CN103046042B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101590558A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-02 | 河北农业大学 | 反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法 |
| CN101591779A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-02 | 河北农业大学 | 反应氮弧熔覆碳氮化钛基金属陶瓷涂层制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103046042A (zh) | 2013-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101590558B (zh) | 反应氮弧堆焊碳氮化钛增强钛基复合涂层制备方法 | |
| CN101298654B (zh) | 一种含陶瓷相的铁基非晶纳米晶复合涂层及其制备方法 | |
| CN103484814B (zh) | 硼化钛基无机复合材料涂层的制备方法 | |
| CN105088108B (zh) | 一种铁基非晶合金、其粉末材料以及耐磨防腐涂层 | |
| CN104096958B (zh) | 一种陶瓷增强金属基复合焊层的等离子堆焊制备方法 | |
| CN105018927B (zh) | 以三聚氰胺为碳氮前驱体制备含Ti(C,N)涂层的方法 | |
| CN104162662B (zh) | 表面改性的非晶合金涂层及其制备方法 | |
| CN106381459A (zh) | 硼化锆基涂层的制备方法 | |
| CN109930053A (zh) | 一种FeCoNiCrMn高熵合金及利用该合金制备耐磨涂层的方法 | |
| Bolelli et al. | Properties of HVOF-sprayed TiC-FeCrAl coatings | |
| Zhang et al. | Microstructure and tribological properties of plasma sprayed TiCN-Mo based composite coatings | |
| CN101591779A (zh) | 反应氮弧熔覆碳氮化钛基金属陶瓷涂层制备方法 | |
| CN108359927B (zh) | 一种NiCr/Al2O3复合涂层的制备方法 | |
| CN101798684A (zh) | 一种氮化钛增强铁基复合材料表面层及其加工方法 | |
| CN107653431A (zh) | 一种TiCN‑Al2O3陶瓷复合涂层的制备方法 | |
| CN103046042B (zh) | 一种碳氮化钛/铁基合金复合涂层的反应氮弧熔涂制备方法 | |
| CN109848514A (zh) | 一种钢基表面堆焊多元合金粉末涂层以增强耐磨性和硬度的方法 | |
| CN105483432B (zh) | 一种钛合金耐磨层及其制备方法 | |
| Shen et al. | Fabrication and properties of TiB2-TiC reinforced NiAl coatings by reactive plasma spraying on AZ91D magnesium alloy | |
| Morks et al. | Microstructure and hardness properties of cermet coating sprayed by low power plasma | |
| CN107523777A (zh) | 硼化钨复合涂层的制备方法 | |
| Fadavi et al. | Study on high-temperature oxidation behaviors of plasma-sprayed TiB 2-Co composite coatings | |
| CN108265289B (zh) | 一种氩弧熔覆原位合成多种增强相复合涂层的方法 | |
| CN100554491C (zh) | 反应喷涂金属钛、钴和碳化硼混合热喷涂粉末的方法 | |
| CN107287552A (zh) | 硼化铬基涂层的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220507 Address after: 276000 Hu Yang Zhen Xin Yang Cun, Fei County, Linyi City, Shandong Province Patentee after: SHANDONG MENGXING MACHINERY Co.,Ltd. Address before: 071001 College of mechanical and electrical engineering, Hebei Agricultural University, Baoding City, Hebei Province Patentee before: AGRICULTURAL University OF HEBEI |