CN106283035A - 一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，属于球墨铸铁电梯曳引轮技术领域。本发明是将TiC/钴基合金复合涂层应用于电梯曳引轮表面；所述电梯曳引轮材质为球墨铸铁，所述TiC/钴基合金复合涂层是以TiC/钴基合金复合粉末为激光熔覆材料并通过激光熔覆技术制备在所述电梯曳引轮表面。所述复合涂层最高硬度为1200‑1300HV0.2，复合涂层硬度为球墨铸铁基体硬度的5倍以上。该复合涂层显著提高电梯曳引轮零件耐磨和减磨性能。

Description

一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用
技术领域
本发明涉及球墨铸铁电梯曳引轮技术领域，具体涉及一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用。
背景技术
随着科技进步和社会快速发展，电梯作为一种垂直运输工具，已成为高层楼房必不可少的组成部分，给人们日常生活和工作带来极大便捷。与此同时，也存在严重的安全隐患，导致近几年电梯事故频繁发生，给人们人身和财产安全带来严重威胁。曳引轮是电梯的核心动力部件，其负荷较大、受力复杂，需承受振动、冲击及摩擦磨损，其磨损失效问题直接关系到电梯的安全运行、舒适性及维修成本，不容忽视。电梯运行一段时间后，曳引轮的各绳槽会产生不同程度的磨损，随着磨损程度的日益增大，对电梯的舒适性及安全运行将产生严重的影响，甚至导致电梯事故，对高层高速电梯更为严重。而曳引轮磨损失效具有维修成本高、更换极不方便、安全风险大等特点，一直是电梯行业中难以解决的问题。根据曳引轮的工作条件和受力情况，曳引轮大多采用球墨铸铁来制造。球墨铸铁具有耐磨性、冲击性、强度、韧性等综合高性能，在很多复杂、苛刻的使用环境下，球墨铸铁可以代替钢。然而球墨铸铁的表面耐磨和减磨性能越来越难以满足高性能电梯的需要，提升球墨铸铁的表面性能已十分迫切。激光熔覆技术在钛合金、高温合金、钢等材料的表面改性上已经开展了很多研究工作，取得了显著的效果，人们也尝试在铸铁上开展类似的研究和开发，目前在铸铁表面激光熔覆铁基合金或镍基合金涂层都已经有成功的研发，但是采用激光熔覆的方法，将钴基合金，尤其是添加了耐磨、减磨的TiC硬质相的钴基合金复合材料，熔覆在球墨铸铁表面制备涂层尚鲜见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，所制备的涂层显著提高电梯曳引轮零件耐磨和减磨性能。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，将TiC/钴基合金复合涂层应用于电梯曳引轮表面；所述电梯曳引轮材质为球墨铸铁，所述TiC/钴基合金复合涂层是以TiC/钴基合金复合粉末为激光熔覆材料并通过激光熔覆技术制备在所述电梯曳引轮表面。
所述TiC/钴基合金复合涂层中，TiC均匀分布于钴基合金组织中，涂层中的TiC包括TiC枝状物和TiC颗粒，复合涂层厚度为1-5mm。
所述复合涂层(熔覆层)最高硬度为1200-1300HV0.2，复合涂层硬度为球墨铸铁基体硬度(200-240HV0.2)的5倍以上。
所述TiC/钴基合金复合粉末是由TiC粉末和钴基合金粉末均匀混合后形成，其中：所述TiC粉末所占体积比例为(0‐30)％，优选为(10‐30)％。
所述钴基合金优选为司太利(Stellite)合金，所述钴基合金粉末粒度为150～320目；所述TiC粉末粒度为5～50μm。
所述TiC/钴基合金复合粉末的制备过程为：将TiC粉末和钴基合金粉末按所需比例进行配比，并用研磨机进行均匀混合，混合时间为20min-1h；然后将混合好的粉末在烘箱中进行烘干处理，烘干温度为150～200℃，烘干时间为2-5h，即得到所述TiC/钴基合金复合粉末。
所述激光熔覆技术具体过程如下：
激光熔覆处理前，对待制备涂层的球墨铸铁表面进行清理，除掉表面的锈渍，然后用丙酮擦洗，以备激光熔覆用；激光熔覆过程中采用电阻加热方式对球墨铸铁进行辅助加热，加热温度为200-350℃。激光熔覆过程中，采用6kW CO2激光器，送粉方式采用预置粉末法；激光熔覆工艺参数为：激光功率P为3.2～3.5kW，扫描速度V为400～600mm/min，光斑直径2mm，搭接率1.5，采用氩气侧吹保护，三道次熔覆。
本发明有益效果如下：
1、本发明提出将TiC复合钴基合金用于电梯曳引轮表面激光熔覆，研发出适用于球墨铸铁电梯曳引轮表面激光熔覆涂层的新型TiC/钴基合金复合材料，配合合适的激光熔覆工艺，得到组织致密，无裂纹，耐磨性能优良的激光熔覆涂层。
2、本发明采用激光熔覆技术在球墨铸铁电梯曳引轮表面激光熔覆TiC/钴基合金高硬度复合涂层，从而增强球墨铸铁零件的表面耐磨性能，使零件在强烈磨损条件下减缓因摩擦而发生的磨损失效。
3、本发明在球墨铸铁电梯曳引轮上激光熔覆TiC/钴基合金复合涂层，使电梯曳引轮表面的耐磨性能显著提高，并使涂层具有理想的减磨性能。
附图说明
图1为含TiC为5％的熔覆层和结合层组织照片；其中：(a)熔覆层；(b)结合层。
图2为含TiC为10％的熔覆层和结合层组织照片；其中：(a)熔覆层；(b)结合层。
图3为含TiC为30％的熔覆层和结合层组织照片；其中：(a)熔覆层；(b)结合层。
图4为熔覆层SEM照片和EDS图谱；其中：(a)为SEM照片；(b)为(a)中“谱图11”处对应的EDS图谱；(c)为(a)中“谱图12”处对应的图EDS谱。
图5为本发明球墨铸铁表面TiC/Co基合金熔覆层的XRD图。
图6为激光熔覆层硬度曲线图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明。
实施例1
实验材料：以球墨铸铁电梯曳引轮为基体材料，TiC/钴基合金复合粉末为激光熔覆材料，钴基合金为钴铬钨合金(CoCrW)，钴基合金粉末粒度为150～320目，TiC粉末粒度为5～50μm。
所述TiC/钴基合金复合粉末的制备过程为：将TiC粉末和钴基合金(CoCrW)粉末按所需比例混合，并用研磨机进行均匀混合，混合时间为30min；混合好的粉末在烘箱中进行烘干处理，烘干温度为180℃，烘干时间为3h，即得到所述TiC/钴基合金复合粉末；该复合粉末中，TiC粉末所占体积比例分别为5％、10％和30％。
本实施例激光熔覆技术具体过程如下：
激光熔覆前，对球墨铸铁表面进行清理，除掉表面的锈渍，然后用丙酮擦洗，以备激光熔覆用；对球墨铸铁进行表面激光熔覆时，采用6kW CO2激光器，送粉方式采用预置粉末法。采用激光功率P＝3.2～3.5kW、扫描速度V＝400～600mm/min、光斑直径2mm、搭接率1.5，采用氩气侧吹保护，三道次熔覆，熔覆层厚度为3mm。在激光熔覆的过程中采用电阻加热方式对试样进行辅助加热，加热温度270-290℃。
激光熔覆结束后，采用线切割将制备的试样沿着垂直涂层表面的方向切割试样，进行打磨抛光和腐蚀，然后用金相显微镜、SEM等进行组织观察和分析。
本实施例制备的球墨铸铁表面激光熔覆层的组织特征如图1-3所示，激光熔覆后熔覆层表面成形良好，通过显微组织照片可以看出，表面没有气孔和裂纹，熔覆层中形成了大量的树枝晶，在树枝晶晶间均匀地分布着很多细小的黑色颗粒状物质，熔覆材料和基体之间发生了元素扩散，相互之间紧密结合。
通过扫描电子显微镜观察熔覆试样，采用EDS genesis XM-2能谱仪对树枝晶晶间的黑色颗粒状物质进行元素分析。激光熔覆层组织SEM照片如图4所示，EDS成分分析如表1-2所示。由图4可看出，均匀分布于树枝晶晶间和枝晶上的暗黑色相为含Ti物质，根据EDS结果可推断为TiC颗粒和溶解TiC在凝固时形成的枝状TiC。
表1图4(b)图谱11的EDS成分分析
元素 线类型 表观浓度 k比值 wt％ wt％Sigma 标准样品标签 厂家标准
C K线系 1.71 0.01709 4.10 0.83 C Vit 是
N K线系 16.90 0.03009 6.48 0.77 BN 是
Si K线系 0.00 0.00000 0.00 0.00 SiO2 是
Ti K线系 40.93 0.40928 70.83 1.11 Ti 是
Cr K线系 2.56 0.02558 4.68 0.39 Cr 是
Fe K线系 0.82 0.00817 1.47 0.40 Fe 是
Co K线系 1.59 0.01586 2.89 0.49 Co 是
W M线系 4.43 0.04432 9.56 0.57 W 是
总量: 100.00
表2图4(c)图谱12的EDS成分分析
本实施例制备的球墨铸铁电梯曳引轮表面TiC/Co基合金激光熔覆层的XRD分析如图5所示，通过熔覆层X射线衍射分析表明，熔覆层主要由γ-Co、TiC、NiTi、CoCx和少量的Cr7C3、SiC等组成。Co在高温下(大于417℃)以面心立方结构的γ-Co形式存在，而在室温下则以密排六方结构的ε-Co形式存在，但由于激光熔覆的冷却速度极快，使凝固结晶的γ-Co来不及发生相变而得以保留到室温；激光熔覆时，由于TiC颗粒发生溶解，分解为Ti和C元素溶解于合金熔体中，Ti除了与合金熔体中溶解的C凝固形成TiC枝晶外，也与钴基合金中的Ni在凝固时形成TiNi存在于TiC/Co基合金熔覆层中，而C与钴基合金中的Co、Cr、Si等元素形成CoCx、Cr7C3、SiC等碳化物。
对本实施例制备的球墨铸铁电梯曳引轮表面激光熔覆层的硬度进行测试，测试结果如表3和图5所示。
表3激光熔覆层硬度数据(钴基合金+30vol.％TiC熔覆层横截面硬度数据)
由硬度测试结果可看出，随着与球墨铸铁电梯曳引轮基体表面距离增加，在热影响区和结合区硬度快速提高，而在熔覆层区域硬度增加缓慢，直到熔覆层表层硬度又有快速提高，熔覆层最高硬度为1278.8HV0.2，提高到球墨铸铁基体硬度(200-240HV0.2)的5倍以上。
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。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 (9)

1.一种TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：将TiC/钴基合金复合涂层应用于电梯曳引轮表面；所述电梯曳引轮材质为球墨铸铁，所述TiC/钴基合金复合涂层是以TiC/钴基合金复合粉末为激光熔覆材料并通过激光熔覆技术制备在所述电梯曳引轮表面。
2.根据权利要求1所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述TiC/钴基合金复合涂层中，TiC均匀分布于钴基合金组织中，涂层中的TiC包括TiC枝状物和TiC颗粒，复合涂层厚度为1-5mm。
3.根据权利要求1或2所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述复合涂层最高硬度为1200-1300HV0.2，复合涂层硬度为球墨铸铁基体硬度的5倍以上。
4.根据权利要求1所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述TiC/钴基合金复合粉末是由TiC粉末和钴基合金粉末均匀混合后形成，其中：所述TiC粉末所占体积比例为(0‐30)％。
5.根据权利要求4所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述TiC/钴基合金复合粉末中，TiC粉末所占体积比例为(10‐30)％。
6.根据权利要求4所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述钴基合金为司太利合金，所述钴基合金粉末粒度为150～320目；所述TiC粉末粒度为5～50μm。
7.根据权利要求4所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述TiC/钴基合金复合粉末的制备过程为：将TiC粉末和钴基合金粉末按所需比例进行配比，并用研磨机进行均匀混合，混合时间为20min-1h；然后将混合好的粉末在烘箱中进行烘干处理，烘干温度为150～200℃，烘干时间为2-5h，即得到所述TiC/钴基合金复合粉末。
8.根据权利要求1所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：所述激光熔覆技术具体过程如下：
采用6kW CO2激光器，送粉方式采用预置粉末法；在激光熔覆的过程中采用电阻加热方式对球墨铸铁进行加热，激光熔覆工艺参数为：激光功率P为3.2～3.5kW，扫描速度V为400～600mm/min，光斑直径2mm，搭接率1.5，采用氩气侧吹保护，三道次熔覆。
9.根据权利要求8所述的TiC/钴基合金复合涂层在电梯曳引轮上的应用，其特征在于：激光熔覆处理前，对待制备涂层的球墨铸铁表面进行清理，除掉表面的锈渍，然后用丙酮擦洗，以备激光熔覆用；激光熔覆过程中采用电阻加热方式对球墨铸铁进行辅助加热，加热温度为200-350℃。
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