CN107059001A - 一种添加Ti元素的WC‑Fe基复合涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种添加Ti元素的WC‑Fe基复合涂层及其制备方法，是以碳素钢或合金钢为涂层基材，铁基自溶性合金粉为涂层粘接基材料，将Ti粉与铁基自溶性合金粉混合后熔覆时同步添加，WC粉末采用后送粉式添加。本发明方法对于原有的WC增强Fe基熔覆涂层技术做出了改进，在避免了熔覆时多余C元素对涂层造成不良影响的同时，又可以形成新的增强相，以达到复合增强熔覆涂层的目的。本发明所制得的铁基复合涂层具有较高的硬度、耐磨，且其稳定性明显优于普通涂层。

Description

一种添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层及其制备方法，属于材料熔覆涂层技术领域。
背景技术
金属基复合材料(MMC)由于具有改善基体力学性能尤其是硬度和耐磨性而得到了快速发展。例如，将陶瓷颗粒与金属粉体混合，通过等离子熔覆技术，可制备各种高体积分数的颗粒增强钴基、铁基和镍基复合涂层，这些技术已在耐磨材料等方面获得应用。碳化钨(WC)陶瓷颗粒具有高熔点、高硬度及良好的稳定性，与金属基体的润湿性好等优点，常用作耐磨材料的增强相。
WC颗粒用于增强Fe基涂层的应用越来越多，但是在涂层制备过程中，WC颗粒中存在多余的碳元素，且在熔覆时WC不可避免的产生分解，使得熔覆层中的C单质含量提升，而C原子会扩散与Fe基合金粉中的其他元素发生反应；Fe基合金粉末中含有部分Cr元素，Cr元素与C元素结合能力较强，因此熔覆时涂层中C单质含量的提升会影响熔覆层的抗氧化性能；且涂层中的C元素含量过高，会导致熔覆涂层的脆性提高，最终对熔覆层性能也产生一定的影响。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层及其制备方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层，其原料及配比构成如下：
原料配比中，Ti粉的添加量为5～15质量份，铁基自溶性合金粉的添加量为85～95质量份；然后以Ti粉和铁基自溶性合金粉混合后获得的混合粉末与WC粉的总量作为100％计，WC粉的质量百分比为8～14％，余量为混合粉末。
所述铁基自溶性合金粉为C、Cr、B、Si、Fe及其它金属和非金属元素，其中Fe元素含量不低于80％。
所述其它金属和非金属元素包括Ni、Nb、V、Zr、RE、N、H、O、Al、Cu、Co、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb、Ba中的一种或多种。
原料中，WC粉的粒径为80～200目；Ti粉的粒径为100～300目，纯度大于99.9％；铁基自溶性合金粉的粒径为50～150目。
本发明添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层的制备方法，是以碳素钢或合金钢为涂层基材，铁基自溶性合金粉为涂层粘接材料，Ti粉与铁基自溶性合金粉混合后在熔覆时同步添加，WC粉作为增强相采用后送粉方式添加，制备出具有复合增强相的熔覆涂层，具体包括如下步骤：
步骤1：备料
将铁基自溶性合金粉和Ti粉用混料机混合2～8h，获得混合均匀的混合粉料；WC粉末使用球形铸造WC颗粒粉末；钢基材使用含碳量0.2-0.7wt％的碳素钢或合金钢；
步骤2：前处理
对混合粉料以及WC粉进行干燥预处理以除去其中的水分，干燥温度为70～150℃，干燥时间为3～20h；
利用喷砂机对钢基材的表面进行喷砂处理，并用打磨机去除钢基材表面的锈迹和油污，然后用酒精进行超声波清洗，最后于60～120℃干燥处理2～10h。
步骤3：等离子熔覆
将前处理后的混合粉料加入等离子机送粉罐，WC粉加入后送粉罐中，进行等离子熔覆；等离子熔覆参数为：熔覆所使用气体为氩气，工作气压力0.2～0.3MPa，冷却水压力0.1～0.2MPa，熔覆电流100～130A，混合粉料送粉量为8～14g/min，后送粉电压6～12V(WC粉末送粉量通过后送粉电压大小控制)，熔覆扫描速度为50～150mm/min，离子气流为300～800L/h，保护气流为800～1000L/h，送粉气流为300～800L/h，熔覆喷嘴与铁基表面距离为8～14mm；
步骤4：退火
将等离子熔覆后的铁基工件进行退火处理，将铁基工件装在铁箱中，并用铸铁铁硝覆盖密封加热到680～780℃，保温2～4h；
步骤5：后处理
对退火后的铁基工件用酒精进行超声波清洗，去除表面污垢，然后于60～120℃干燥处理2～10h。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
在Fe基复合材料中加入少量Ti与熔体中多余的C元素反应，既减少了WC颗粒溶解形成的多余C元素对熔覆层综合性能的不利影响，又可以反应形成TiC，WC可以溶于TiC中形成(TiW)C，且(TiW)C的密度接近合金液的密度，减少熔池凝固过程中的部分偏析现象。所形成的TiC和(TiW)C均为生成的新增强相，能提高熔覆涂层的强度和硬度。
本发明方法对于原有的WC增强Fe基熔覆涂层技术做出了改进，在避免了熔覆时多余C元素对熔覆涂层造成不良影响的同时，又可以形成新的增强相，以达到复合增强熔覆涂层的目的。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案作详细说明。以下实施例是说明性的，而不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
选取45钢为涂层基材，Fe313自溶性粉末为涂层粘接基材料。其中Fe基合金粉末成分如下：
表1 Fe313合金粉末成分
Fe313 C Si Cr Ni B Fe
wt(％) 0.1 1 15 0 1 bal.
Ti粉的质量百分数分别定为5％～15％，粉末纯度大于99.9％，粒径为100～300目；
WC粉末选用80～200目的球形铸造WC颗粒粉末。
对于实施例中粉末粒度的选择见下表：
表2实施例中使用的各粉末粒度参数选择如下
粉末 Fe313 WC Ti
粒度(目) 80 140 150
实施例1：
本实施例中添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层的制备方法如下：
步骤1：备料
将Fe313和Ti粉用混料机混合4h，获得混合均匀的混合粉料；以45钢为涂层基材；
步骤2：前处理
对混合粉料以及WC粉进行干燥预处理以除去其中的水分，干燥温度为120℃，干燥时间为4h；利用喷砂机对钢基材的表面进行喷砂处理，并用打磨机去除钢基材表面的锈迹和油污，然后用酒精进行超声波清洗，最后于120℃干燥处理4h。
步骤3：等离子熔覆
将前处理后的混合粉料加入等离子机送粉罐，WC粉加入后送粉罐中，进行等离子熔覆；等离子熔覆参数为：熔覆所使用气体为氩气，工作气压力0.3MPa，冷却水压力0.2MPa，熔覆电流120A，混合粉料送粉量为10g/min，后送粉电压8V，熔覆扫描速度为60mm/min，离子气流为300L/h，保护气流为800L/h，送粉气流为300L/h，熔覆喷嘴与铁基表面距离为10mm；
步骤4：退火
将等离子熔覆后的铁基工件进行退火处理，将铁基工件装在铁箱中，并用铸铁铁硝覆盖密封加热到680℃，保温3h；
步骤5：后处理
对退火后的铁基工件用酒精进行超声波清洗，去除表面污垢，然后于120℃干燥处理4h。
实施例2～6的制备过程参见实施例1，不同的是主要实验参数设定如下：
表2实施例1～6中主要实验参数
实施例中，熔覆电流设置为120A，离子气流量为300L/h，保护气流量800L/h，送粉气流量300L/h。
实施例结果分析：
(TiW)C相在熔覆涂层中呈粒状和条状两种形态，其中大部分呈粒状，条状相较少。由于(TiW)C的密度与基体的密度接近，因此在熔覆层中的分布较为均匀，对于熔覆层性能也有着较为明显的提升。对实施例中的1、2和3例进行了相关性能检测，其中硬度测量统一选取维氏硬度，耐磨性检测的实验设备采用MMW-1A摩擦磨损试验机。实施例1中，熔覆层的平均维氏硬度可达1537HV10；在200N载荷，滴油润滑情况下，平均每小时磨损量为0.07g；实施例2中，熔覆层的平均维氏硬度可达1595HV10；在同样条件下平均每小时磨损量为0.06g；实施例3中，熔覆层的平均维氏硬度可达1620HV10，在同样条件下平均每小时磨损量为0.06g；相对比于未加Ti粉所制得熔覆层，加入Ti粉后所制熔覆层的硬度可以提升50～150HV；耐磨性能提升5％左右。当Ti粉质量分数较低时，形成的TiC数量较少，WC溶于TiC中形成钛相(TiW)C后，存在多余的WC颗粒，形成WC和(TiW)C复合增强相Fe基涂层；随着Ti粉质量分数的提升，TiC含量也随之提升，WC颗粒于TiC中的溶量增大，当WC完全溶入TiC中后，涂层中增强相为TiC和(TiW)C相。熔覆电流的大小决定了熔覆过程中WC的溶解情况，当熔覆电流增大时，WC颗粒溶解现象明显，溶解后的WC来不及重新结晶，多余的C元素会与Ti发生反应。后送粉电压的大小决定了WC粉末的送入量，随着后送粉电压的适量增大，涂层中增强相的含量随之提升，分布也更为紧密均匀。

Claims (6)

1.一种添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层，其特征在于其原料及配比构成如下：
WC粉 8～14％
Ti粉 5～15质量份
铁基自溶性合金粉 85～95质量份
余量。
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于：
所述铁基自溶性合金粉为C、Cr、B、Si、Fe及其它金属和非金属元素；
所述其它金属和非金属元素包括Ni、Nb、V、Zr、RE、N、H、O、Al、Cu、Co、Ta、Mg、Ca、Zn、K、Y、Sn、Pb、Ba中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于：
WC粉的粒径为80～200目，Ti粉的粒径为100～300目，铁基自溶性合金粉的粒径为50～150目。
4.一种权利要求1所述的添加Ti元素的WC-Fe基复合涂层的制备方法，其特征在于：是以碳素钢或合金钢为涂层基材，铁基自溶性合金粉为涂层粘接材料，Ti粉与铁基自溶性合金粉混合后在熔覆时同步添加，WC粉作为增强相采用后送粉方式添加，制备出具有复合增强相的熔覆涂层。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：备料
将铁基自溶性合金粉和Ti粉用混料机混合2～8h，获得混合均匀的混合粉料；WC粉末使用球形铸造WC颗粒粉末；钢基材使用含碳量0.2-0.7wt％的碳素钢或合金钢；
步骤2：前处理
对混合粉料以及WC粉进行干燥预处理以除去其中的水分，干燥温度为70～150℃，干燥时间为3～20h；
利用喷砂机对钢基材的表面进行喷砂处理，并用打磨机去除钢基材表面的锈迹和油污，然后用酒精进行超声波清洗，最后于60～120℃干燥处理2～10h；
步骤3：等离子熔覆
将前处理后的混合粉料加入等离子机送粉罐，WC粉加入后送粉罐中，进行等离子熔覆；
步骤4：退火
将等离子熔覆后的铁基工件进行退火处理，将铁基工件装在铁箱中，并用铸铁铁硝覆盖密封加热到680～780℃，保温2～4h；
步骤5：后处理
对退火后的铁基工件用酒精进行超声波清洗，去除表面污垢，然后于60～120℃干燥处理2～10h。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
步骤3中，等离子熔覆参数为：熔覆所使用气体为氩气，工作气压力0.2～0.3MPa，冷却水压力0.1～0.2MPa，熔覆电流100～130A，混合粉料送粉量为8～14g/min，后送粉电压6～12V，熔覆扫描速度为50～150mm/min，离子气流为300～800L/h，保护气流为800～1000L/h，送粉气流为300～800L/h，熔覆喷嘴与铁基表面距离为8～14mm。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107828254A (zh) * 2017-11-21 2018-03-23 江苏雨燕模业科技有限公司 一种汽车模具表面的改质喷涂料及其制备方法和使用方法
CN108034942A (zh) * 2017-12-01 2018-05-15 马鞍山市鑫龙特钢有限公司 一种提高硬质合金涂层与高韧性碳素钢结合强度的加工方法
CN108179414A (zh) * 2017-12-05 2018-06-19 阳江市普瑞德增材制造研究院有限公司 一种耐腐蚀熔覆粉末
CN108866544A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 合肥工业大学 一种WC增强Fe基涂层及其制备方法
CN108977752A (zh) * 2018-07-04 2018-12-11 湖南工业大学 一种利用等离子熔覆制备耐磨耐腐蚀复合涂层的方法
CN111607791A (zh) * 2020-07-06 2020-09-01 合肥工业大学 一种电磁复合场辅助制备分布可控的wc增强金属基复合涂层的方法及装置
CN113322407A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 西安建筑科技大学 一种氧化物强化低活化钢及其制造方法
CN114433837A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 恒普(宁波)激光科技有限公司 一种异质相界面强化方法及产品
CN115365706A (zh) * 2022-09-23 2022-11-22 浙江吉利控股集团有限公司 焊丝药芯、药芯焊丝、其制备方法、焊接方法及应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56136974A (en) * 1980-03-28 1981-10-26 Nippon Tungsten Co Ltd Coating method for substrate surface with hard carbide
CN105862036A (zh) * 2016-06-25 2016-08-17 芜湖三刀材料科技有限公司 一种铁基表面高熵涂层及制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56136974A (en) * 1980-03-28 1981-10-26 Nippon Tungsten Co Ltd Coating method for substrate surface with hard carbide
CN105862036A (zh) * 2016-06-25 2016-08-17 芜湖三刀材料科技有限公司 一种铁基表面高熵涂层及制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘全校编著: "《包装材料成型加工技术》", 31 January 2017 *
吴朝锋等: "激光原位制备颗粒增强铁基复合涂层中碳化物相的形貌分析", 《金属学报》 *
金绍彤等: "送粉方式对WC颗粒增强铁基熔覆层的影响", 《表面技术》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107828254A (zh) * 2017-11-21 2018-03-23 江苏雨燕模业科技有限公司 一种汽车模具表面的改质喷涂料及其制备方法和使用方法
CN108034942A (zh) * 2017-12-01 2018-05-15 马鞍山市鑫龙特钢有限公司 一种提高硬质合金涂层与高韧性碳素钢结合强度的加工方法
CN108179414A (zh) * 2017-12-05 2018-06-19 阳江市普瑞德增材制造研究院有限公司 一种耐腐蚀熔覆粉末
CN108977752A (zh) * 2018-07-04 2018-12-11 湖南工业大学 一种利用等离子熔覆制备耐磨耐腐蚀复合涂层的方法
CN108866544A (zh) * 2018-07-20 2018-11-23 合肥工业大学 一种WC增强Fe基涂层及其制备方法
CN108866544B (zh) * 2018-07-20 2020-08-07 合肥工业大学 一种WC增强Fe基涂层及其制备方法
CN111607791A (zh) * 2020-07-06 2020-09-01 合肥工业大学 一种电磁复合场辅助制备分布可控的wc增强金属基复合涂层的方法及装置
CN111607791B (zh) * 2020-07-06 2022-03-22 合肥工业大学 一种电磁复合场辅助制备分布可控的wc增强金属基复合涂层的方法及装置
CN113322407A (zh) * 2021-05-28 2021-08-31 西安建筑科技大学 一种氧化物强化低活化钢及其制造方法
CN113322407B (zh) * 2021-05-28 2021-12-07 西安建筑科技大学 一种氧化物强化低活化钢及其制造方法
CN114433837A (zh) * 2022-01-27 2022-05-06 恒普(宁波)激光科技有限公司 一种异质相界面强化方法及产品
CN115365706A (zh) * 2022-09-23 2022-11-22 浙江吉利控股集团有限公司 焊丝药芯、药芯焊丝、其制备方法、焊接方法及应用
CN115365706B (zh) * 2022-09-23 2023-12-12 浙江吉利控股集团有限公司 焊丝药芯、药芯焊丝、其制备方法、焊接方法及应用

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