CN105862033A - 一种铁基复合涂层的制备方法 - Google Patents

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CN105862033A CN201610407538.3A CN201610407538A CN105862033A CN 105862033 A CN105862033 A CN 105862033A CN 201610407538 A CN201610407538 A CN 201610407538A CN 105862033 A CN105862033 A CN 105862033A
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吉小超
张攀
张梦清
郭永明
宋占永
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Abstract

本发明提供了一种铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：A)对铁基金属表面进行预处理；B)在预处理后的铁基金属表面预置反应前驱体粉末涂层，所述前驱体粉末涂层中包括钛铁粉与石墨粉；C)将所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，冷却后得到铁基复合涂层。在铁基复合涂层制备过程中，原位合成了碳化钛增强相，且增强相与铁基体相容性好、界面纯净、分布均匀、颗粒细小，平均粒径小于1μm；涂层硬度范围720～920HV0.2，平均弹性模量约为240GPa，涂层与基体之间形成冶金结合，涂层内部组织致密，无裂纹、孔隙等缺陷，且复合涂层具有优异的耐磨性。

Description

一种铁基复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种铁基复合涂层的制备方法。
背景技术
矿山机械主要由采掘机械、支护设备、运输提升设备和流体机械等几类设备组成。上述设备具有工况苛刻、运行环境恶劣、工作周期长以及润滑条件差等特点，因此设备服役周期短、报废率高。矿山机械零部件通常以铁基合金材料为主，体积大，重量大，其中蕴含较高的附加值，而其失效形式主要表现为磨损、腐蚀、划伤以及断裂等，除断裂外，其他失效都发生在零件表面，对矿山机械零件进行旧件再制造和新品强化处理具有可观的经济效益和环境效益。目前主要采用各种表面技术对矿山机械零件进行处理，一方面对新品零件表面进行强化处理，解决新品零件面临的磨损、腐蚀及划伤问题；另一方面，对旧件表面进行尺寸恢复和性能提升，解决废旧采煤机械设备的再制造修复问题。
液压立柱是矿山支护设备的关键零件，其失效形式主要是乳化液造成的表面腐蚀以及运行过程中硬质颗粒造成的磨损和擦伤。对于新品液压立柱，目前主要采用镀铬工艺进行表面防护，硬铬镀层由于具有较高硬度(800～1100HV)和优异的耐蚀性广泛应用于机械零件表面防腐和耐磨防护领域，但镀硬铬工艺具有镀层沉积效率低、污染大以及毒性高等缺点，正逐步被淘汰和禁止使用。对于液压立柱旧件的再制造，目前主要采用激光熔覆铁基合金涂层的方法恢复零件表面几何尺寸并改善其耐磨和耐蚀性，但激光熔覆技术修复液压立柱存在粉末利用率低(涂层表面粗糙度高，后续加工余量大)、涂层制备效率低与成本高等问题，不适合在大规模再制造生产中广泛应用；同时，采用激光熔覆技术制备高硬度涂层过程中会由于引入热应力而造成涂层存在较大的裂纹倾向，涂层硬度越高，裂纹倾向越大，因此对于现有的镍基、铁基和钴基合金涂层而言，追求涂层高硬度与良好的涂层结构之间存在矛盾。
除液压立柱外，其它的典型矿山机械零部件同样属于大尺寸铁基材质，包括乳化液泵曲轴等轴类零件，刮板输送机中部槽等平板类零件，以及内齿圈、转盘轴等齿类和内孔类零件。上述机械零件在新品防护和旧件再制造修复过程中均面临上述的涂层材料和制备工艺等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种铁基复合涂层的制备方法，采用本申请的制备方法能够使制备的复合涂层同时具有较好的硬度与涂层结构。
有鉴于此，本申请提供了一种铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
A)，对铁基金属表面进行预处理；
B)，在预处理后的铁基金属表面预置反应前驱体粉末涂层，所述前驱体粉末涂层中包括钛铁粉与石墨粉；
C)，将所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，冷却后得到铁基复合涂层。
优选的，所述铁基金属为铁基金属平板时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为20～40W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈的距离为4～6mm，所述铁基金属平板移动速度为1～2.5mm/s，所述氩气的流量为1.5～3L/min。
优选的，所述铁基金属为铁基金属轴颈时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为15～40W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈间隙为4～6mm，感应线圈移动速度为1～4mm/s，所述铁基金属轴颈的自转速度为30～50r/min，所述氩气的流量为10～15L/min。
优选的，所述铁基金属为铁基金属内孔时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为30～50W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈间隙为4～6mm，感应线圈移动速度为1～2mm/s，所述铁基金属内孔的自转速度为200～400r/min，氩气流量为8～10L/min。
优选的，步骤B)具体为：
将钛铁粉、石墨粉与粘结剂混合，得到膏状物；
将所述膏状物涂覆于预处理后的铁基金属的表面，干燥。
优选的，所述钛铁粉与石墨粉的总质量与所述粘结剂的质量的比例为(8～10)：1。
优选的，所述钛铁粉的粒径为30～50μm，所述石墨粉的粒径为3～5μm。
优选的，所述石墨粉的含量为4wt％～18wt％，余量为钛铁粉。
优选的，所述前驱体粉末涂层的厚度为0.2～1.0mm。
优选的，所述铁基金属为321奥氏体不锈钢，所述钛铁粉为FeTi40。
本申请提供了一种铁基复合涂层的制备方法，在制备铁基复合涂层的过程中，首先对铁基金属表面进行预处理，使铁基金属的表面清洁，以为后续预置反应前驱体粉末涂层做准备，然后在铁基金属的表面预置反应前驱体粉末涂层，最后对所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，即得到铁基复合涂层。本申请采用感应熔覆技术处理反应前驱体粉末涂层，使钛铁粉与石墨粉之间发生原位化学反应，原位合成TiC增强相，增强相能够改善涂层的硬度；同时感应熔覆在加热过程中感应线圈形成面状热源，可在同一时间加热熔化更大面积的涂层，使涂层沉积效率大大提高，不易产生过大的残余应力，因此，复合涂层不易产生裂纹、孔隙等缺陷；并且，感应加热线圈在涂层熔覆过程中，在涂层表面和界面均产生温度的峰值，因此可以确保涂层与基体形成良好的冶金结合。
另一方面，本申请的预置合金粉末选用钛铁粉，既提供了形成熔覆层基体所需的Fe元素，又为原位合成反应生成TiC颗粒增强相提供了必要的Ti元素；钛铁粉末相比于单一的铁粉和钛粉，成本低，抗氧化性能好，在受热熔化过程中易发生共晶反应形成低共晶相Fe2Ti，可显著降低合金体系的熔点，有利于涂层感应熔覆过程中原位合成TiC颗粒。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铁基复合涂层X射线衍射(XRD)图谱；
图2为本发明实施例1制备的铁基复合涂层截面显微组织的金相照片；
图3为本发明实施例1制备的铁基复合涂层内部微观组织照片；
图4为本发明实施例1制备的铁基复合涂层显微硬度沿深度变化曲线图；
图5为本发明实施例1制备的铁基复合涂层纳米硬度和弹性模量随深度变化曲线图；
图6为本发明实施例1制备的铁基复合涂层与硬铬镀层在不同载荷下磨损体积的变化柱形图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
A)，对铁基金属表面进行预处理；
B)，在预处理后的铁基金属表面预置反应前驱体粉末涂层，所述前驱体粉末涂层中包括钛铁粉与石墨粉；
C)，将所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，冷却后得到铁基复合涂层。
本申请以钛铁粉和石墨粉为反应体系，利用感应熔覆技术制备了TiC增强Fe基复合涂层。
在制备铁基复合涂层的过程中，本申请首先需要对铁基金属基体进行预处理，以利于后期的感应熔覆。本申请所述预处理包括对待感应熔覆的铁基金属基体的表面进行的打磨与清洗，所述预处理为本领域技术人员熟知的技术手段，对此本申请没有特别的限制；具体的，本申请优选采用砂纸打磨、磨光机打磨或喷砂的方法，对铁基金属的表面进行预处理，以去除基体表面氧化层和油污，实现待感应熔覆表面的粗化，以增强预置涂层与基体的结合强度，再采用无水乙醇或丙酮溶液对处理后的基体表面进行清洗。本申请所述预处理并非对铁基金属的所有表面进行预处理，只需对待感应熔覆的表面进行预处理即可。所述铁基金属为本领域技术人员熟知的铁基合金，本申请以不锈钢为例，进一步的，本申请所述铁基金属优选为321奥氏体不锈钢，其化学成分包括：C-0.12wt％，Si-1.00wt％，Mn-2.00wt％，S-0.03wt％，P-0.035wt％，Cr-17.00～19.00wt％，Ni-8.00～11.00wt％，Ti-5(C-0.02)～0.8wt％；但本申请所述铁基金属不限于此。
按照本发明，然后在预处理后的铁基金属的表面预置反应前驱体粉末涂层，所述前驱体粉末涂层中包括钛铁粉和石墨粉。在此过程中，关键在于前驱体粉末的选择，本申请优选采用了钛铁粉与石墨粉，以在铁基金属表面原位生成TiC增强相；具体的，本申请采用钛铁粉既提供了形成熔覆层基体所需的Fe元素，又为原位合成反应生成TiC颗粒增强相提供了必要的Ti元素；同时，钛铁粉相对于单一的铁粉和钛粉，成本低，抗氧化性能好，在受热熔化过程中易发生共晶反应形成低共晶相Fe2Ti，可显著降低合金体系的熔点，有利于涂层感应熔覆过程中原位合成TiC颗粒；而钛铁粉中的Al、Si等合金元素，在感应熔覆过程中对熔池起到了造渣、除气等作用，同时可以固溶于基体铁中，对基体起到了固溶强化的作用。
本申请所述钛铁粉与石墨粉均为市场商品化粉末材料，所述钛铁粉的粒径优选为30～50μm，所述石墨粉的粒径优选为3～5μm，为了获得上述钛铁粉与石墨粉，本申请可通过球磨处理对钛铁粉与石墨粉的混合物进行混合与细化处理，以降低混合粉体的粒径。本申请所述钛铁粉可以为FeTi30粉，也可以为FeTi40粉，对此本申请没有特别的限制，示例的，所述钛铁粉优选为FeTi40，其成分具体为：Ti≥40.0wt％，Al≥9.0wt％，Si≥5.0wt％，C-0.1wt％，P≤0.04wt％，S≤0.04wt％，Mn≤2.5wt％，Fe余量。所述钛铁粉与所述石墨粉形成的混合粉体中，石墨粉的含量为4wt％～18wt％，余量为钛铁粉，优选的，所述石墨粉的含量优选为6～15wt％，更优选为9wt％～11.5wt％。本申请所述预置反应前驱体粉末涂层的制备过程具体为：
将钛铁粉、石墨粉与粘结剂混合，得到膏状物；
将所述膏状物涂覆于预处理后的铁基金属的表面，干燥。
在上述过程中，所述粘结剂优选为质量比为1：(2～3)的松香与松节油。所述钛铁粉与石墨粉的混合粉体与所述粘结剂的质量比优选为(8～10)：1。本申请所述涂覆为本领域技术人员熟知的涂覆，此处不进行特别的限制，示例的，可采用刮刀和模具将所述膏体涂于待感应熔覆的铁基金属表面。所述预置反应前驱体粉末涂层的厚度优选为0.2～1.0mm，更优选为0.5～0.8mm；若预置涂层过薄(例如几十微米到一二百微米)，一方面不容易保证涂层良好的均匀性，另一方面过薄的涂层对基体的保护(防护)作用有限；如果预置涂层过厚(超过1mm)，不容易快速充分加热熔化，容易造成涂层内部熔化不良(Ti+C＝TiC原位反应不充分)，无法保证涂层质量，造成内部孔隙，若通过增加功率或增加加热时间使厚涂层充分熔化，则会造成较高的热量传递到基体内部，容易造成基体的热损伤和变形。本申请然后进行干燥，所述干燥为本领域技术人员熟知的技术手段，此处不进行特别的限制，示例的，可在干燥箱中进行干燥。所述干燥的温度优选为180～200℃，所述干燥的时间优选为2～3h。
本申请最后将所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，得到铁基复合涂层。所述感应熔覆为本领域技术人员熟知的技术手段，但是针对不同形状的铁基金属，需要采用不同的感应熔覆参数，感应熔覆参数对于最终制备的复合涂层的性能是十分重要的，所述感应熔覆参数的过大或过小均会影响复合涂层的性能。本申请制备的铁基复合涂层用于矿山机械零部件，则所述铁基金属并非规则形状的铁基金属，可以为平板状的、轴颈或内孔的。具体的，为了提高复合涂层的性能，针对平板、轴颈和内孔等不同形状的铁基金属零件表面，分别选用不同的熔覆工艺过程和参数，具体过程为：
①平板工件表面制备感应熔覆复合涂层
固定工件：将表面预置有反应前驱体粉末涂层的平板工件置于持续通有氩气的保护罩内，并固定在平面数控机床上，使其能按照设置的速度做直线往复运动；
连接并调整感应加热线圈：将与高频感应加热电源连接的平面感应加热线圈置于平板工件上方，调整工件表面预置涂层与感应线圈之间的距离；
高频感应熔覆：采用感应线圈对所述基体表面预制涂层进行扫描熔覆，感应熔覆工艺参数为：功率密度20～40W/mm2、预制涂层与感应线圈距离4～6mm、所述铁基平板工件移动速度1～2.5mm/s、氩气流量1.5～3L/min；
冷却：停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，停止通氩气并自然空冷。
②轴类工件轴颈表面制备感应熔覆复合涂层
固定工件：将表面预置有反应前驱体粉末涂层的轴类工件固定在平面数控机床上，使其能按照设置的转速沿轴心做往复运动和旋转运动；
连接并调整感应加热线圈：将所轴类工件置于与高频感应加热电源连接的轴颈感应加热线圈内部，调整工件高度使其与感应加热线圈同轴；
高频感应加热：采用感应线圈对所述轴颈表面预制涂层进行扫描熔覆，感应熔覆工艺参数为：功率密度15～40W/mm2、所述基体表面预制涂层与感应线圈间隙4～6mm、感应线圈移动速度1～4mm/s、铁基轴类工件自转速度30～50r/min、氩气流量10～15L/min；
冷却：停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷。
③内孔类工件内壁表面制备感应熔覆复合涂层
固定零件：将表面预置有反应前驱体粉末涂层的内孔工件固定在平面数控机床上，使其能按照设置的转速沿轴心做往复运动和旋转运动；
连接并调整感应加热线圈：将与高频感应加热电源连接的内孔感应加热线圈置于所述内孔工件内部，调整工件高度使其与感应加热线圈同轴；
高频感应加热：采用感应线圈对所述内孔类工件内壁表面预制涂层进行扫描熔覆，感应熔覆工艺参数为：功率密度30～50W/mm2、所述基体表面预制涂层与感应线圈间隙4～6mm、感应线圈移动速度1～2mm/s、内孔工件自转速度200～400r/min、氩气流量8～10L/min。
冷却：停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷。
本申请优选针对不同形状的铁基金属选择不同的感应熔覆的参数，以进一步提高铁基复合涂层的性能。本申请制备的铁基复合涂层的厚度为0.4～0.5mm。
本申请通过依次对铁基金属的表面进行预处理，预置反应前驱体粉末涂层与感应熔覆，而得到了铁基复合耐磨涂层。本发明实现了采用感应熔覆方法原位合成TiC颗粒增强铁基耐磨复合涂层，避免了传统外加颗粒方法引起的TiC陶瓷添加相受热分解、氧化烧损与基体界面污染等问题，也避免了激光、等离子以及TIG等常用原位合成复合涂层工艺成本高、工艺复杂、涂层裂纹倾向大、后续加工余量大等问题，为合成新型陶瓷相增强Fe基复合涂层提供了新的设计思路。
采用本发明方法制备的铁基复合涂层具有以下优点：涂层内部组织致密，无裂纹、孔隙等缺陷，涂层与基体之间形成冶金结合；TiC增强相为原位合成，与铁基体相容性好、界面纯净、分布均匀、颗粒细小(平均粒径小于1μm)；涂层硬度高(硬度范围720～920HV0.2)，弹性模量适中(弹性模量范围为230～255GPa)，耐磨性高于镀硬铬涂层；涂层原料和制备工艺简单，热影响区窄，涂层制备效率和粉末利用率高，可实现对涂层结构和增强相形态、粒度与分布的有效调控，涂层制备过程无污染。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铁基复合涂层的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
采用的原料与设备：
平面形感应线圈尺寸为25mm×40mm，线圈在工件上方有效加热面积为750mm(25mm×30mm＝750mm)，线圈方形铜管尺寸8.0mm×8.0mm、壁厚0.5mm；感应熔覆设备采用东莞广源变频电子设备厂GY-40AB型高频感应加热设备，设备振荡频率为80～200kHz，振荡功率40kW；
尺寸为30mm×100mm×8mm的321奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)板材，其化学成分为：C-0.12wt％，Si-1.00wt％，Mn-2.00wt％，S-0.03wt％，P-0.035wt％，Cr-17.00～19.00wt％，Ni-8.00～11.00wt％，Ti-5(C-0.02)～0.8wt％；
熔覆原料粉末分别为石墨粉(粒径3～5μm，纯度99.99％)和铁钛粉(FeTi40，粒径30～50μm，成分为：Ti≥40.0wt％，Al≥9.0wt％，Si≥5.0wt％，C-0.1wt％，P≤0.04wt％，S≤0.04wt％，Mn≤2.5wt％，Fe余量)。
铁基复合涂层的制备过程，具体为：
(1)基体清洗与预处理
以棕刚玉为磨料，采用喷砂方法对待熔覆基体表面进行预处理，去除表面氧化层和油污，并实现对基体表面粗化，以增强预置涂层与基体的结合强度，同时用丙酮溶液对处理后基体表面进行超声波清洗；
(2)预置反应前驱体粉末涂层
①混粉采用行星式球磨机对铁钛粉和石墨粉的混合物(Ti:C(原子比)＝1:1.3，即FeTi40-88.50wt％，C-11.5wt％)进行球磨处理，球磨机转速300r/min，处理时间4小时；
②预置涂层将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至80℃，制成粘结剂；将混合后的FeTi40粉和石墨粉与粘结剂混合、搅拌，制成膏状物，借助刮刀和模具均匀涂于所述清洁和预处理后基体表面，获得厚度0.5mm的预置涂层，并在干燥箱中进行烘干备用，烘干处理的温度设置范围为180℃，时间2小时；
(3)制备高频感应熔覆涂层
①固定工件将经过步骤(2)处理的工件置于持续通有氩气的保护罩内，并固定在平面数控机床上，使其能按照设置的速度做直线往复运动；
②调整感应线圈将与高频感应加热电源连接的平面感应加热线圈置于工件上方，调整工件表面预置涂层与感应线圈之间的距离；
③高频感应熔覆采用感应线圈对所述基体表面预制涂层进行扫描熔覆；感应熔覆工艺参数为：线圈输出功率22.5kW(功率密度约为30W/mm2)、预制涂层与感应线圈距离5.0mm、所述钛合金平板工件移动速度1.5mm/s、氩气流量3L/min；
④冷却停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，停止通氩气并自然空冷。
图1为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层XRD图谱，由图1可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层主要由α-Fe、TiC和少量Fe2Ti组成，其中TiC为铁钛粉与石墨粉在感应熔覆过程中原位生成的硬质陶瓷相。
图2为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层截面的整体微观组织照片，由图2可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层呈均匀连续、平整致密的微观结构，涂层厚度约为480μm。
图3为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层截面形貌的SEM照片，由图3可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层组织致密，原位形成的TiC增强相颗粒细小，分布均匀，粒径范围约为0.5～1.5μm。
图4为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层截面的硬度分布曲线图，由图4可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层显微硬度范围为720～920HV0.2，与镀硬铬涂层相当，涂层硬度约为不锈钢基体硬度的3～4倍以上。
图5为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层纳米硬度和弹性模量随深度变化曲线。由图5可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层平均弹性模量约为240GPa。
图6为通过本实施例的方法获得的感应熔覆原位合成铁基复合涂层与硬铬镀层在不同载荷下磨损体积的变化柱形图，图中柱表明复合涂层在不同载荷下的磨损体积，柱表明硬铬镀层在不同载荷下的磨损体积，由图6可以看出，通过以上步骤获得的熔覆层耐磨性明显好于硬铬镀层，其耐磨性为硬铬镀层的1倍以上。
实施例2
采用的原料与设备：
轴颈感应线圈有效加热长度20mm，圆形铜管尺寸Ф8.0mm、壁厚0.5mm；感应熔覆设备采用东莞广源变频电子设备厂GY-100AB型高频感应加热设备，设备振荡频率为80～200kHz，振荡功率100kW；
尺寸为Φ80mm×500mm的321不锈钢(1Cr18Ni9Ti)轴类工件，其化学成分为：C-0.12wt％，Si-1.00wt％，Mn-2.00wt％，S-0.03wt％，P-0.035wt％，Cr-17.00～19.00wt％，Ni-8.00～11.00wt％，Ti-5(C-0.02)～0.8wt％；
熔覆原料粉末分别为石墨粉(粒径3～5μm，纯度99.99％)和铁钛粉(FeTi40，粒径30～50μm，成分为：Ti≥40.0wt％，Al≥9.0wt％，Si≥5.0wt％，C-0.1wt％，P≤0.04wt％，S≤0.04wt％，Mn≤2.5wt％，Fe余量)。
本实施例用于说明本发明的感应熔覆原位合成碳化钛增强铁基复合涂层在不锈钢轴类工件表面的制备方法，具体实施方法如下：
(1)钛合金基体清洗与预处理
采用磨床对轴颈表面进行磨削预处理，去除表面氧化层，再以丙酮为清洗剂，将待熔覆钛合金轴类工件进行超声波清洗；
(2)预置反应前驱体粉末涂层
①混粉采用行星式球磨机对铁钛粉和石墨粉的混合物(Ti:C(原子比)＝1:1.3，即FeTi40-88.50wt％，C-11.5wt％)进行球磨处理，球磨机转速300r/min，处理时间4小时；
②预置涂层将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至80℃，制成粘结剂；将混合后的FeTi40粉和石墨粉与粘结剂混合、搅拌，制成膏状物，借助刮刀和模具均匀涂于所述清洁和预处理后基体表面，获得厚度0.5mm的预置涂层，并在干燥箱中进行烘干备用，烘干处理的温度设置范围为180℃，时间2小时；
(3)制备高频感应熔覆涂层
①固定工件将经过步骤(2)处理的不锈钢轴类工件固定在平面数控机床上，使其按照设置的转速沿轴心进行往复运动和旋转运动；
②连接并调整感应加热线圈将所述不锈钢轴类工件置于与高频感应加热电源连接的轴颈感应加热线圈内部，调整工件高度使其与感应加热线圈同轴；
③高频感应熔覆采用感应线圈对所述不锈钢轴颈表面预制涂层进行扫描熔覆，感应熔覆工艺参数为：感应加热功率80kW(功率密度约为16W/mm2)，所述不锈钢基体表面预制涂层与感应线圈间隙为5mm，感应线圈移动速度为1mm/s，不锈钢轴类工件自转速度为30r/min，氩气流量10～15L/min；
④冷却停止加热并继续通保护气体冷却至200℃以下，停止通氩气并自然空冷。
按照上述方法在钛合金轴类工件表面获得的碳化钛增强钛基复合涂层平均厚度约为0.48mm，涂层显微组织致密、原位生成的硬质相分布均匀，碳化钛颗粒细小，平均粒径小于1μm；涂层平均显微硬度730～920HV0.2，与镀硬铬涂层相当，约为不锈钢基体硬度的3～4倍，涂层弹性模量约为230～250GPa，涂层耐磨性是镀硬铬涂层的1倍以上。
实施例3
采用的原料与设备：
内孔感应线圈有效加热长度30mm，圆形铜管尺寸Ф5.0mm、壁厚0.5mm；感应熔覆设备采用东莞广源变频电子设备厂GY-100AB型高频感应加热设备，设备振荡频率为80～200kHz，振荡功率100kW；
内孔尺寸为Φ60mm×200mm、壁厚为10mm的321不锈钢(1Cr18Ni9Ti)内孔工件，其化学成分为：C-0.12wt％，Si-1.00wt％，Mn-2.00wt％，S-0.03wt％，P-0.035wt％，Cr-17.00～19.00wt％，Ni-8.00～11.00wt％，Ti-5(C-0.02)～0.8wt％；
熔覆原料粉末分别为石墨粉(粒径3～5μm，纯度99.99％)和铁钛粉(FeTi40，粒径30～50μm，成分为：Ti≥40.0wt％，Al≥9.0wt％，Si≥5.0wt％，C-0.1wt％，P≤0.04wt％，S≤0.04wt％，Mn≤2.5wt％，Fe余量)。
本实施例用于说明本发明的感应熔覆原位合成碳化钛增强铁基复合涂层在内孔工件内壁表面的制备方法，具体实施方法如下：
(1)基体清洗与预处理
采用磨床对内壁表面进行磨削预处理，去除内壁表面氧化层，再以丙酮为清洗剂，将待熔覆内孔工件进行超声波清洗；
(2)预置反应前驱体粉末涂层
①混粉采用行星式球磨机对铁钛粉和石墨粉的混合物(Ti:C(原子比)＝1:1.3，即FeTi40-88.50wt％，C-11.5wt％)进行球磨处理，球磨机转速300r/min，处理时间4小时；
②预置涂层将松香与松节油按照1:3的质量比混合后加热至80℃，制成粘结剂；将混合后的FeTi40粉和石墨粉与粘结剂混合、搅拌，制成膏状物，借助刮刀和模具均匀涂于所述清洁和预处理后基体表面，获得厚度0.5mm的预置涂层，并在干燥箱中进行烘干备用，烘干处理的温度设置范围为180℃，时间2小时；
(3)制备高频感应熔覆涂层
①工件固定将经过步骤(2)处理的内孔工件固定在平面数控机床上，使其按照设置的转速沿轴心进行往复运动和旋转运动；
②调整感应线圈将与高频感应加热电源连接的内孔感应加热线圈置于内孔工件内部，调整工件高度使其与感应加热线圈同轴；
③高频感应熔覆采用感应线圈对所述内孔表面预制涂层进行扫描熔覆，感应熔覆工艺参数为：感应线圈输出功率为72kW(功率密度约为40W/mm2)，所述预制涂层与感应线圈间隙为5mm，感应线圈移动速度为1.3mm/s，内孔工件自转速度为240r/min，氩气流量8～10L/min；
④冷却停止加热并继续通保护气体冷却至150℃以下，再停止零件旋转和通气，自然空冷。
按照上述方法在钛合金内孔类工件内壁表面获得的碳化钛增强钛基复合涂层平均厚度约为0.48mm，涂层显微组织致密、原位生成的硬质相分布均匀，碳化钛颗粒细小，平均粒径小于1μm。涂层显微硬度约为750～920HV0.2，与镀硬铬涂层相当，约为不锈钢基体硬度的3-4倍，涂层弹性模量约为235～255GPa，涂层耐磨性是镀硬铬涂层的1倍以上。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
A)，对铁基金属表面进行预处理；
B)，在预处理后的铁基金属表面预置反应前驱体粉末涂层，所述前驱体粉末涂层中包括钛铁粉与石墨粉；
C)，将所述反应前驱体粉末涂层进行感应熔覆，冷却后得到铁基复合涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁基金属为铁基金属平板时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为20～40W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈的距离为4～6mm，所述铁基金属平板移动速度为1～2.5mm/s，所述氩气的流量为1.5～3L/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁基金属为铁基金属轴颈时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为15～40W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈间隙为4～6mm，感应线圈移动速度为1～4mm/s，所述铁基金属轴颈的自转速度为30～50r/min，所述氩气的流量为10～15L/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁基金属为铁基金属内孔时，所述感应熔覆在氩气保护下进行，所述感应熔覆的功率密度为30～50W/mm2，所述前驱体粉末涂层与感应线圈间隙为4～6mm，感应线圈移动速度为1～2mm/s，所述铁基金属内孔的自转速度为200～400r/min，氩气流量为8～10L/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B)具体为：
将钛铁粉、石墨粉与粘结剂混合，得到膏状物；
将所述膏状物涂覆于预处理后的铁基金属的表面，干燥。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述钛铁粉与石墨粉的总质量与所述粘结剂的质量的比例为(8～10)：1。
7.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述钛铁粉的粒径为30～50μm，所述石墨粉的粒径为3～5μm。
8.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述石墨粉的含量为4wt％～18wt％，余量为钛铁粉。
9.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体粉末涂层的厚度为0.2～1.0mm。
10.根据权利要求1～9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铁基金属为321奥氏体不锈钢，所述钛铁粉为FeTi40。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106544669A (zh) * 2016-10-21 2017-03-29 武汉理工大学 三维点式连续移动感应熔覆方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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