CN106984768A - 耐磨性涂料和提高金属铸件表面耐磨性的方法 - Google Patents

耐磨性涂料和提高金属铸件表面耐磨性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及提高金属表面耐磨性的技术，特别涉及一种耐磨性涂料和提高金属铸件表面耐磨性的方法。本发明旨在提高金属铸件表面的耐磨性以及简化工艺。为此目的，本发明的耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：65～75份；NaF：15～20份；SiC：8～10份；脱氧剂：2～3份。在本发明的技术方案，能够使金属铸件的表面或特定部位(比如经常与土壤接触的部位)形成硬质相合金化合物(强化层组织)，从而提高其表面耐磨性和耐腐蚀性。

Description

耐磨性涂料和提高金属铸件表面耐磨性的方法
技术领域
本发明涉及提高金属表面耐磨性的技术，特别涉及一种耐磨性涂料和提高金属铸件表面耐磨性的方法。
背景技术
铸件与日常生活有密切关系，尤其是在农业机械中的应用。农机具作业装置在工作过程中常会与沙土直接接触，沙土中常含有硬质颗粒的石块和沙粒。农机具作业装置在这样的环境中服役，受到强烈的磨粒磨损，当土壤酸碱度较强时，对农机具作业装置表面的腐蚀性也很严重，而且还会诱发腐蚀—磨损联合作用，缩短农机具作业装置的使用寿命。农机具作业装置表面受到的冲刷、腐蚀、磨损、腐蚀作用以及磨损与腐蚀的相互作用，是一个复杂多变而且环境依赖性强的动态过程，因而对农机具作业装置的性能要求高。
由于使用灰白口铸铁、不锈钢等材料在这种复合磨损工况下难以满足要求或者成本较高，因而通常采用提高农机具作业装置的表面耐磨性的方法。目前，为了提高农机具作业装置的表面耐磨性，通常是在农机具作业装置铸造成型后，再加一道合金热处理工序进行强化，如利用化学热处理方法(表面渗碳、表面渗氮等)对其进行二次强化。这样一来导致了农机具制造工艺的复杂度，另外有些大型农机具对其进行二次强化工艺保证上不方便。此外，也有采用在农机具表面涂覆涂料的方式来提高农机具的表面耐磨性，然而受限于涂料的耐磨性能，导致该方式的效果不尽如人意。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了提高金属铸件表面的耐磨性以及简化工艺，本发明提供了一种耐磨性涂料：该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：65～75份；NaF：15～20份；SiC：8～10份；脱氧剂：2～3份。
在上述耐磨性涂料的优先实施方式中，该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：70～75份；NaF：18～20份；SiC：8～10份；脱氧剂：2～3份。
在上述耐磨性涂料的优先实施方式中，该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：68～72份；NaF：15～18份；SiC：8～9份；脱氧剂：2～3份。
在上述耐磨性涂料的优先实施方式中，该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：B4C：70份；NaF：20份；SiC：8份；脱氧剂：2份。
在上述耐磨性涂料的优先实施方式中，该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：B4C：71份；NaF：17份；SiC：8.5份；脱氧剂：2.5份。
在上述耐磨性涂料的优先实施方式中，所述脱氧剂为Ce(NO3)3·6H2O。
另一方面，本发明还提供了一种提高金属铸件表面耐磨性的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：配制包含粘结剂和上述的耐磨性涂料的涂料溶液；将所述涂料溶液涂覆于用于形成所述金属铸件铸模的型腔内壁；使浇铸温度保持在1450℃～1550℃之间，将所述金属铸件的基体金属液浇铸到铸模的型腔内。
在上述方法的优选实施方式中，所述粘结剂的制备步骤包括：按照每2g聚乙烯醇与100ml水的比例进行混合，得到聚乙烯醇水溶液；将所述聚乙烯醇水溶液加热至沸腾后，保温30min，搅拌均匀，得到所述粘结剂。
在上述方法的优选实施方式中，配制包含粘结剂和上述耐磨性涂料的涂料溶液的步骤进一步包括：
按照每100g所述涂料与100ml的所述粘结剂的比例进行混合，搅拌均匀，得到所述涂料溶液。
在上述方法的优选实施方式中，所述的“将熔化后的基体金属液浇铸到铸模的型腔内”的步骤之后形成的金属铸件用于农机具的作业机构。
通过本发明的技术方案，使得金属铸件的表面或特定部位(比如经常与土壤接触的部位)形成硬质相合金化合物(强化层组织)，从而提高其表面耐磨性和耐腐蚀性。此外，本发明能够在铸造的同时，一次性完成其表面的合金强化过程，不仅简化了工艺，而且使强化层相对基体材料的耐磨性约为2-3倍,相对基体材料耐酸腐蚀性约为5倍。
附图说明
图1是本发明的提高金属铸件表面耐磨性的方法流程图；
图2是使用本发明的方法得到的强化层组织(显微镜下观察)的结构图；
图3是使用本发明的方法得到的强化层组织与基体材料的耐磨性的试验结果对比图；
图4是使用本发明的方法得到的强化层组织与基体材料的耐腐蚀性的试验结果对比图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
通常情况下，为了提高金属表面的耐磨性，金属铸件在铸造成型后，再加一道合金热处理工序进行强化。本发明能够在铸造的同时，一次性完成金属表面的合金强化过程，不仅简化了工艺，而且强化效果优于上述二次强化。下面以提高农机具作业装置的表面耐磨性为例进行详细说明。
参照图1，本发明公开的提高金属铸件表面耐磨性的方法包括以下步骤：
S110、配制包含粘结剂和耐磨性涂料的涂料溶液。
S120、将涂料溶液涂覆于用于形成金属铸件的铸模的型腔内壁。
S130、使浇铸温度保持在1450℃～1550℃之间，将金属铸件的基体金属液浇铸到铸模的型腔内。
在S110中，粘结剂可以是聚乙烯醇水溶液。优选地，在制备粘结剂时，每100ml水中加入约2g的聚乙烯醇，得到聚乙烯醇水溶液，将得到的聚乙烯醇水溶液加热至沸腾后，保温30min(也可以在90℃保温30min)，搅拌均匀，得到粘结剂。通过该方法得到的粘结剂具有较大的黏度且能够保证粘结剂无沉淀。此外，在一种优选的实施方式中，S110中所述的耐磨性涂料，其各组分按下列重量配比均匀混合而成：B4C：65～75份；NaF：15～20份；SiC：8～10份；脱氧剂：2～3份。优选地，脱氧剂可以是Ce(NO3)3·6H2O。
在配制涂料溶液时，将混合均匀的耐磨性涂料按照每100g的耐磨性涂料与100ml的粘结剂的比例进行混合，搅拌均匀后得到涂料溶液。
在S120中，在将涂料溶液涂覆于用于形成金属铸件的铸模的型腔内壁的过程中，观察涂料溶液的悬浮性，当涂料溶液中出现沉淀时需要及时地搅拌，以使该涂料溶液能够均匀地涂抹于铸模的型腔内壁。
在S130中，浇铸的温度可以根据涂层厚度、铸件大小而定，通常情况下浇铸的温度在1500℃左右。优选地，涂层与铸件的厚度比为1:8～10，例如，在厚度为10cm的HT200(灰铸铁)的基体上涂覆1cm厚度的涂料溶液，此时，使浇铸温度保持在约1450℃，可获得较为理想的强化层组织。
作为更优选的实施方式，本发明提供的耐磨性涂料还包括以下多个具体的实施例：
实施例2
该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：70～75份；NaF：18～20份；SiC：8～10份；脱氧剂：2～3份。
实施例3
该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：B4C：68～72份；NaF：15～18份；SiC：8～9份；脱氧剂：2～3份。
实施例4
该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：B4C：71份；NaF：17份；SiC：8.5份；脱氧剂：2.5份。
实施例5
该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：B4C：70份；NaF：20份；SiC：8份；脱氧剂：2份。
需要说明的是，上文中各个实施例中的脱氧剂优选Ce(NO3)3·6H2O，而Ce(NO3)3·6H2O属于稀土的一种，本领域技术人员还可以使用除Ce(NO3)3·6H2O外的稀土作为替换，只要能够实现或接近本发明的技术效果即可。
下面以实施例5中得到的耐磨性涂料为例，结合图2-4来详细说明通过本发明的方法得到的涂覆有耐磨性涂料的金属铸件的表面耐磨性。
首先参照图2，图2是使用本发明的方法获得的强化层组织(显微镜下观察)结构图。按照本发明的方法获得的涂覆有耐磨性涂料的金属铸件，在显微镜的观察下，如图2所示，在白色、块状组织周围沿晶界分布着连续的黑色网状组织。白色块状组织部分的显微硬度为1800HV0.2左右，黑色网状组织的显微硬度为1100HV0.2左右。通过本发明的技术方案对金属铸件表面进行强化后，其强化层相对于基体材料的耐磨性提高了约为2～3倍，相对于基体材料的耐酸腐蚀性提高了约为5～6倍。下面结合试验数据作进一步说明。
在对强化试样(按照前述的提高金属铸件表面耐磨性的方法得到的金属铸件的强化层)和原始试样(基体材料)进行耐磨性的试验中，用线切割机将强化试样和原始试样分别加工成10mm×10mm×4mm的薄片磨损试样，在自制磨粒磨损试验机上进行磨粒磨损试验。实验结果如图3所示。其中，横坐标为往复摩擦次数，纵坐标为磨损量。图3示出了基体材料与强化层组织的对比结果。可以明显地看出，强化层相对于基体材料的耐磨性提高了约为2～3倍。
在对强化试样和原始试样进行耐腐蚀的试验中，采用酸性介质和蒸馏水配制，pH值分别控制在2、3、4、5、6左右。同样将强化试样和原始试样加工成10mm×10mm×4mm的薄片，经研磨、抛光、清洗、干燥和称量后悬挂在配制好的酸性介质中。溶液的容积为50ml，悬挂试样浸入深度大于1mm，试样不相互接触，常温腐蚀，试验室温度为20℃左右，周期为3天。试验结束后，用机械法去除试样的腐蚀产物，经干燥后称重。实验结果如图4所示。其中，横坐标为溶液酸度，即pH值，纵坐标为腐蚀量(mg)。图4中示出了基体材料与强化层组织的对比结果，从图4中可以明显地看出，强化层组织相对于基体材料的耐酸腐蚀性提高了约为5～6倍。
虽然上述是以实施例5为例来说明的，但是，在本发明的方法中，采用实施例1-实施例4中得到的耐磨性涂料时，均能能够得到与实施例5试验结果近似的效果。通过对实施例1-实施例4中各组分中得到的耐磨性涂料进行试验，其结果与图3和图4中所示近似。因此，附图中省略了实施例1-实施例4中各组分中得到的耐磨性涂料的强化层组织与基体材料的耐磨性/腐蚀性的试验结果对比图。由实验可知，采用如实施例1-实施例4中各组分中得到的耐磨性涂料时，其得到的金属铸件的强化层相对于基体材料的耐磨性提高了近2倍，而强化层组织相对于基体材料的耐酸腐蚀性提高了近5倍。
综上所述，通过本发明的技术方案，在进行农机具作业装置的铸造时，能够使其表面或特定部位(比如经常与土壤接触的部位)被涂覆耐腐蚀涂料，从而在形成的金属铸件的表面形成硬质相合金化合物(强化层组织)，进而极大地提高了金属铸件的表面耐磨性和耐腐蚀性。
另外，还需要说明的是，虽然上述实施例中是以农机具作业装置为例进行说明的，显然本发明的方法还适用于其它对表面耐磨性和耐腐蚀性有要求的金属器具。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐磨性涂料，其特征在于，该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：
B4C：65～75份；
NaF：15～20份；
SiC：8～10份；
脱氧剂：2～3份。
2.根据权利要求1所述的耐磨性涂料，其特征在于，该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：
B4C：70～75份；
NaF：18～20份；
SiC：8～10份；
脱氧剂：2～3份。
3.根据权利要求1所述的耐磨性涂料，其特征在于，该耐磨性涂料的各组分按照下列重量配比均匀混合而成：
B4C：68～72份；
NaF：15～18份；
SiC：8～9份；
脱氧剂：2～3份。
4.根据权利要求1所述的耐磨性涂料，其特征在于，该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：
B4C：70份；
NaF：20份；
SiC：8份；
脱氧剂：2份。
5.根据权利要求1所述的耐磨性涂料，其特征在于，该耐磨性涂料中，各组分的重量配比为：
B4C：71份；
NaF：17份；
SiC：8.5份；
脱氧剂：2.5份。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的耐磨性涂料，其特征在于，所述脱氧剂为Ce(NO3)3·6H2O。
7.一种提高金属铸件表面耐磨性的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
配制包含粘结剂和权利要求1至6中任一项所述的涂料的涂料溶液；
将所述涂料溶液涂覆于用于形成所述金属铸件的铸模的型腔内壁；
使浇铸温度保持在1450℃～1550℃之间，将所述金属铸件的基体金属液浇铸到铸模的型腔内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粘结剂的制备步骤包括：
按照每2g聚乙烯醇与100ml水的比例进行混合，得到聚乙烯醇水溶液；
将所述聚乙烯醇水溶液加热至沸腾后，保温30min，搅拌均匀，得到所述粘结剂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的“配制包含粘结剂和权利要求1至6中任一项所述的涂料的涂料溶液”进一步包括：
按照每100g所述涂料与100ml的所述粘结剂的比例进行混合，搅拌均匀，得到所述涂料溶液。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述的“将熔化后的基体金属液浇铸到铸模的型腔内”的步骤之后形成的金属铸件用于农机具的作业机构。
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