CN104722893A - 一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抗磨涂层领域，特别涉及一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，本方法利用CO2气体保护焊焊接方法在Q235钢表面堆焊耐磨涂层，在利用氩弧熔覆方法再在Q235钢堆焊层表面原位自生(Ti,Nb)C复合涂层，所述复合涂层由γ-Ni固溶体、TiC、M23C6组成；进所述耐磨涂层材料包括：Nb粉、Ti粉、C粉、Ni60A粉；采用本方法耐磨涂层的可达到最佳效果，克服了氩弧熔覆原位合成陶瓷涂层稀释率高等不足，所制备的涂层与基体冶金结合，界面干净无缺陷，涂层具有优异的耐磨性能。

Description

一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法
技术领域
本发明属于耐磨涂层及其工艺领域，特别是一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法。
背景技术
随着现代工业的发展，生产过程中对机械产品的性能要求越来越高，产品在高参数(如高温、高压、高速等)和恶劣的工况条件下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨性、耐蚀性等提出更高的要求。各种机械设备、仪器仪表、冶金零部件中的金属零件，以及各种工具模具，在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，破坏的原因很大一部分是由于表面磨损而造成的。因此，只要对零部件表面进行强化就能满足性能的要求。
表面强化技术主要有热喷涂、表面熔覆等工艺方法，表面熔覆技术使基体表面获得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间可形成牢固的冶金结合，因此在一些要求表面不仅具有抗磨性能，而且还需要承受强载荷作用的条件下，具有绝对优势。目前，表面熔覆技术广泛应用于冶金、航空、机械等行业旧件的修复和新产品的制造上。表面熔覆常用高密度热源有激光、等离子弧、聚焦光束等，其特点是能量密度较高，被强化表面质量好，但设备昂贵，操作复杂。非熔化极氩弧虽然能量密度较低，熔覆效率低，但其设备较为轻便、价廉、操作方便，易于在施工现场施焊，使得氩弧表面强化技术易于普及，但其基体稀释率较大，因此在工业中应用收到了限制。
发明内容
本发明的主要目的之一在于解决氩弧熔覆基体稀释率大的问题，进而提供了一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法及一种耐磨涂层，利用CO2气体保护焊焊接方法在Q235钢表面堆焊耐磨涂层，在利用氩弧熔覆方法再在所述Q235钢表面氩弧熔覆原位自生(Ti，Nb)C复合涂层，所述复合涂层由γ-Ni固溶体、TiC、M23C6相组成。
为上述技术效果，所采用的技术方案为：
一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，包括如下步骤：
步骤一：制备堆焊层：在钢表面进行除锈、除油处理；堆焊材料采用E410Ni-Mo-1/4药芯焊丝，采用的焊接方法为CO2气体保护焊，堆焊以后对其表面进行清理；
步骤二：配制粉末成分：取C粉、Nb粉、Ti粉和Ni60A，其中各个物质的质量百分比为85％的Ni60A，3％的Ti粉，9％的Nb粉，3％的C粉；将C粉、Nb粉和Ti粉进行预混合，并与所述Ni60A放入球磨机中进行混合，得到混合物粉末；
步骤三：熔覆试样：将所述步骤二得到的混合物粉末加入胶水混合成糊状后，涂覆于所述步骤一的堆焊层表面，干燥，将熔覆前试样放入干燥箱中进行烘干，然后用氩弧焊机熔覆于堆焊层表面。
进一步优选的，所述步骤一：制备堆焊层：Q235钢表面进行除锈、除油处理；堆焊材料采用E410Ni-Mo-1/4药芯焊丝，采用的焊接方法为CO2气体保护焊，焊接电流为200A，焊接速度为：300mm/min，气体流量为：15L/min，堆焊以后对其表面进行清理；
进一步优选的，所述步骤二为：配制粉末成分：所述的C粉、Nb粉、Ti粉和Ni60A称量总质量为5克。
进一步优选的，所述步骤三为：熔覆试样：将所述步骤二得到的混合物粉末放入玻璃器皿中加入胶水混合成糊状后，涂覆于所述步骤一的堆焊层表面，涂层厚度控制在1.4～1.6mm，在空气中自然干燥，熔覆前试样放入干燥箱中进行烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为1个小时；然后用氩弧焊机熔覆于堆焊层表面。
进一步优选的，所述步骤二中Ti粉和Nb粉的平均粒度为200目，纯度大于99％；C粉的平均粒度为300目，纯度大于99％；Ni60A的平均粒度为200目。
进一步优选的，所述步骤三中熔覆电流为120A，熔覆速度为400mm/min，氩气流量为12L/min。
一种耐磨涂层，熔覆层厚度为900μm，涂层的组织由γ-Ni枝晶、M23C6和(Ti,Nb)C颗粒组成，涂层与基体呈冶金结合，结合界面无反应物和附着相；(Ti,Nb)C颗粒分布均匀，呈粒状、花瓣状形态。
本发明的有益效果是：
克服了氩弧熔覆原位合成陶瓷涂层稀释率高等不足，所制备的涂层与基体冶金结合，界面干净无缺陷，涂层具有优异的耐磨性能。
1、在预先堆焊耐磨涂层表面氩弧原位自生(Ti,Nb)C颗粒复合涂层，制备的涂层与基体冶金结合界面干净，无反应相和附着物，(Ti,Nb)C颗粒细小，均匀分布在基体中，涂层的硬度高达HV0.2-1100以上，其硬化机理为弥散强化、固熔强化、细晶强化；
2、所制得的涂层具有良好的耐磨性。
附图说明
图1所示为本发明界面金相照片：
(1-a)为堆焊层界面金相照片；(1-b)为熔覆层界面金相照片。
图2所示为本发明涂层组织形貌图照片：
(2-a)为堆焊层组织形貌照片；(2-b)为熔覆层组织形貌照片。
图3为本发明熔覆涂层组织TEM照片。
图4为本发明熔覆层X射线衍射图。
图5为本发明显微硬度测试结果曲线。
图6为本发明熔覆层与堆焊层的相对耐磨性柱状图。
图7为本发明磨损表面形貌。
具体实施方式
下文将结合附图详细描述本发明的实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
实施例：基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层
(1)制备堆焊层：Q235钢表面进行除锈、除油处理；堆焊材料采用E410Ni-Mo-1/4药芯焊丝，采用的焊接方法为CO2气体保护焊，其工艺参数为：焊接电流为200A；焊接速度为：300mm/min，气体流量为：15L/min，堆焊以后对其表面进行清理；
(2)配制粉末成分：称量质量百分比为15％(C粉+Nb粉+Ti粉)和85％Ni60A，总质量为5克。Ti和Nb粉的平均粒度为200目，纯度大于99％；C粉的平均粒度为300目，纯度大于99％；Ni60A的平均粒度为200目；C粉：3％，Ti粉：9％，Nb粉：3％；将C粉、Nb粉和Ti粉先预混合，并与Ni60A放入球磨机中进行混合；
(3)熔覆试样：讲上述粉末放入玻璃器皿中加入普通胶水混合成糊状后，涂覆于堆焊层表面，涂层厚度控制在1.5mm左右，在空气中自然干燥，熔覆前试样放入干燥箱中150℃进行烘干，烘干时间为1个小时。用氩弧焊机熔覆于堆焊层表面，焊接电流为120A，焊接速度为400mm/min，氩气流量为12L/min。
实施例2耐磨涂层的检测
由图1中可以看出，堆焊层无气孔、裂纹等缺陷，呈良好的冶金结合。
由图2可知熔覆层由黑色基体上分布着长条状和颗粒状形态物相，结合图4分析为黑色基体为γ-Ni固溶体、颗粒状为TiC、长条状为M23C6相。
由图3可知界面处无反应物、附着物和非晶相，保证了涂层具有良好的韧性与耐磨性。
由图4可知，对复合涂层组织进行X射线衍射峰标定表明，复合涂层由γ-Ni固溶体、TiC、M23C6相组成。
由图5可知，随着距离的增加显微硬度逐渐变小，熔覆涂层的最高硬度达到HV0.2-1100，较基体Q235钢提高近4倍。
由图6可知，熔覆层的耐磨性较基体提高近8倍。
由图7可以看出，复合涂层表面磨损机理为粘着磨损，没有明显的磨粒磨损形貌；结合图6实验结果标明：复合涂层具有优异的耐磨性能。
检测结果表明：熔覆层厚度为2mm，涂层的组织主要由γ-Ni枝晶，M23C6和(Ti,Nb)C颗粒组成，涂层与基体呈冶金结合，结合界面清洁干净，无反应物和附着相；(Ti,Nb)C颗粒分布均匀，主要呈粒状、花瓣状形态；涂层硬度可达HV0.2-1100。
由此可见，本发明所述的方法制备的耐磨涂层克服了氩弧熔覆原位合成陶瓷涂层稀释率高等不足，所制备的涂层与基体冶金结合，界面干净无缺陷，涂层具有优异的耐磨性能；在预先堆焊耐磨涂层表面氩弧原位自生(Ti,Nb)C颗粒复合涂层，制备的涂层与基体冶金结合界面干净，无反应相和附着物，(Ti,Nb)C颗粒细小，均匀分布在基体中；涂层的硬度高达HV0.2-1100以上，其硬化机理为弥散强化、固熔强化、细晶强化；所制得的涂层具有良好的耐磨性。
本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (8)

1.一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：制备堆焊层：在钢表面进行除锈、除油处理；堆焊材料采用E410Ni-Mo-1/4药芯焊丝，采用的焊接方法为CO2气体保护焊，堆焊以后对其表面进行清理；
步骤二：配制粉末成分：取C粉、Nb粉、Ti粉和Ni60A，其中各个物质的质量百分比为85％的Ni60A，3％的Ti粉，9％的Nb粉，3％的C粉；将C粉、Nb粉和Ti粉进行预混合，并与所述Ni60A放入球磨机中进行混合，得到混合物粉末；
步骤三：熔覆试样：将所述步骤二得到的混合物粉末加入胶水混合成糊状后，涂覆于所述步骤一的堆焊层表面，干燥，将熔覆前试样放入干燥箱中进行烘干，然后用氩弧焊机熔覆于堆焊层表面。
2.如权利要求1所述的一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤一为：制备堆焊层：Q235钢表面进行除锈、除油处理；堆焊材料采用E410Ni-Mo-1/4药芯焊丝，采用的焊接方法为CO2气体保护焊，焊接电流为200A，焊接速度为：300mm/min，气体流量为：15L/min，堆焊以后对其表面进行清理。
3.如权利要求1所述的一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤二为：配制粉末成分：所述的C粉、Nb粉、Ti粉和Ni60A称量总质量为5克。
4.如权利要求1所述的一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤三为：熔覆试样：将所述步骤二得到的混合物粉末放入玻璃器皿中加入胶水混合成糊状后，涂覆于所述步骤一的堆焊层表面，涂层厚度控制在1.4～1.6mm，在空气中自然干燥，熔覆前试样放入干燥箱中进行烘干，烘干温度为150℃，烘干时间为1个小时；然后用氩弧焊机熔覆于堆焊层表面。
5.如权利要求1所述的一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤二中Ti粉和Nb粉的平均粒度为200目，纯度大于99％；C粉的平均粒度为300目，纯度大于99％；Ni60A的平均粒度为200目。
6.如权利要求1所述的一种基于堆焊和氩弧熔覆制备耐磨涂层的方法，其特征在于，所述步骤三中熔覆电流为120A，熔覆速度为400mm/min，氩气流量为12L/min。
7.一种基于堆焊和氩弧熔覆耐磨涂层方法制备的耐磨涂层，其特征在于，熔覆层厚度为900μm，涂层的组织由γ-Ni枝晶、M23C6和(Ti,Nb)C颗粒组成，涂层与基体呈冶金结合，结合界面无反应物和附着相。
8.如权利要求7所述的耐磨涂层，其特征在于，(Ti,Nb)C颗粒分布均匀，呈粒状、花瓣状形态。
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