CN108034942A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明属于碳素钢加工技术领域，具体涉及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，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括合金粉末制备、调整剂处理以及激光熔覆。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过对碳素钢工件进行处理，能够使其表面形成均匀致密的薄膜，合理配比调整剂配合氮气条件下保温处理，提高硬质合金涂层与高韧性碳素钢的结合强度，相比现在需要较高温度才能提高结合强度相比，能够降低生产成本，适于推广使用；高硬质合金涂层的设置，所形成的表面具有致密结构，使所得材料具有较高的硬度、高耐磨性、低密度和良好的腐蚀性。

Description

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
技术领域
本发明属于碳素钢加工技术领域，具体涉及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。
背景技术
碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料，世界各工业国家，在努力增加低合金高强度钢和合金钢产量的同时，也非常注意改进碳素钢的质量，扩大品种和适用范围，目前碳素钢的产量在各国钢产总量中的比例，约保持在80%左右，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道、车辆、船舶和各种机械制造业，而且在近代石油化化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用，但是相比合金钢，碳素钢的耐磨性、淬透性和耐腐性能相对较差，使其使用受到限制，现有技术中通过在碳素钢表面制备涂层，来提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，涂层与碳素钢基体的结合强度是一个很重要的技术指标，结合强度的高低直接影响到涂层使用性能和寿命，而不同制备方法所得涂层与基体的结合强度也不尽相同，本发明对如何提高硬质合金涂层与高韧性碳素钢基体的结合强度进行研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了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。
本发明是通过以下技术方案实现的：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，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括以下步骤：
（1）高硬质合金涂层的原料按重量配比为：碳化钨40-44%、锰2-4%、钼1-2%、铬1-2%、碳1.2-1.5%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将上述原料按配比混合后在氮气条件下球磨，球料比为8-10:1，球磨体材质为硬度不小于1600HV的硬质合金，在转速为80-100转/分钟的条件下球磨1-2小时，得到合金粉末；
（3）所述碳素钢基体酸洗后浸入调整剂中3-5分钟，取出后在温度为85-95℃的氮气氛围中保持2-4小时；
其中，所述调整剂包括以下重量百分比的原料：硫酸镁28-40PPM、缩聚磷酸铵400-500PPM、硅酸锰80-100PPM、甘油磷酸钠6-10PPM、腰果壳油1-3PPM；
（4）在上述处理后的碳素钢基体表面用激光熔覆合金粉末，得到厚度为20-30μm的高硬质合金涂层。
作为对上述方案的进一步改进，所述硬度不小于1600HV的硬质合金为WC-Co合金；所述合金粉末的颗粒粒径为20-400nm。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（3）中酸洗采用质量浓度为1.5-2.5%的草酸溶液；所述激光熔覆激光功率为3-5kW，扫描速度为8-12mm/s，激光束斑直径为8mm，激光熔覆时采用氩气侧吹法对熔池进行保护。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中通过对碳素钢工件进行处理，能够使其表面形成均匀致密的薄膜，合理配比调整剂配合氮气条件下保温处理，能够加速晶核的形成，所形成薄膜浇薄，结晶细、孔隙率大，改善界面结合条件，在其表面熔覆合金粉末，能以扩散形式向碳素钢工件基体扩散，能够大大提高硬质合金涂层与高韧性碳素钢的结合强度，相比现在需要较高温度才能提高结合强度相比，能够降低生产成本，适于推广使用；高硬质合金涂层的设置，所形成的表面具有致密结构，使所得材料具有较高的硬度、高耐磨性、低密度和良好的腐蚀性。
具体实施方式
实施例1
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，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括以下步骤：
（1）高硬质合金涂层的原料按重量配比为：碳化钨42%、锰3%、钼1.5%、铬1.5%、碳1.3%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将上述原料按配比混合后在氮气条件下球磨，球料比为9:1，球磨体材质为硬度不小于1600HV的硬质合金，在转速为90转/分钟的条件下球磨1.5小时，得到合金粉末；
（3）所述碳素钢基体酸洗后浸入调整剂中4分钟，取出后在温度为90℃的氮气氛围中保持3小时；
其中，所述调整剂包括以下重量百分比的原料：硫酸镁35PPM、缩聚磷酸铵450PPM、硅酸锰90PPM、甘油磷酸钠8PPM、腰果壳油2PPM；
（4）在上述处理后的碳素钢基体表面用激光熔覆合金粉末，得到厚度为25μm的高硬质合金涂层。
其中，所述硬度不小于1600HV的硬质合金为WC-Co合金；所述合金粉末的颗粒粒径为20-400nm；所述步骤（3）中酸洗采用质量浓度为2%的草酸溶液；所述激光熔覆激光功率为4kW，扫描速度为10mm/s，激光束斑直径为8mm，激光熔覆时采用氩气侧吹法对熔池进行保护。
实施例2
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，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括以下步骤：
（1）高硬质合金涂层的原料按重量配比为：碳化钨40%、锰2%、钼1%、铬2%、碳1.2%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将上述原料按配比混合后在氮气条件下球磨，球料比为8:1，球磨体材质为硬度不小于1600HV的硬质合金，在转速为80转/分钟的条件下球磨2小时，得到合金粉末；
（3）所述碳素钢基体酸洗后浸入调整剂中3分钟，取出后在温度为85℃的氮气氛围中保持2小时；
其中，所述调整剂包括以下重量百分比的原料：硫酸镁28PPM、缩聚磷酸铵500PPM、硅酸锰100PPM、甘油磷酸钠6PPM、腰果壳油3PPM；
（4）在上述处理后的碳素钢基体表面用激光熔覆合金粉末，得到厚度为20μm的高硬质合金涂层。
其中，所述硬度不小于1600HV的硬质合金为WC-Co合金；所述合金粉末的颗粒粒径为20-400nm；所述步骤（3）中酸洗采用质量浓度为1.5%的草酸溶液；所述激光熔覆激光功率为3kW，扫描速度为8mm/s，激光束斑直径为8mm，激光熔覆时采用氩气侧吹法对熔池进行保护。
实施例3
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，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括以下步骤：
（1）高硬质合金涂层的原料按重量配比为：碳化钨44%、锰4%、钼2%、铬1%、碳1.5%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将上述原料按配比混合后在氮气条件下球磨，球料比为10:1，球磨体材质为硬度不小于1600HV的硬质合金，在转速为100转/分钟的条件下球磨1小时，得到合金粉末；
（3）所述碳素钢基体酸洗后浸入调整剂中5分钟，取出后在温度为85-95℃的氮气氛围中保持4小时；
其中，所述调整剂包括以下重量百分比的原料：硫酸镁40PPM、缩聚磷酸铵400PPM、硅酸锰80PPM、甘油磷酸钠10PPM、腰果壳油1PPM；
（4）在上述处理后的碳素钢基体表面用激光熔覆合金粉末，得到厚度为30μm的高硬质合金涂层。
其中，所述硬度不小于1600HV的硬质合金为WC-Co合金；所述合金粉末的颗粒粒径为20-400nm；所述步骤（3）中酸洗采用质量浓度为2.5%的草酸溶液；所述激光熔覆激光功率为5kW，扫描速度为12mm/s，激光束斑直径为8mm，激光熔覆时采用氩气侧吹法对熔池进行保护。
设置对照组1，将实施例1中步骤（3）去掉，其余内容不变；设置对照组2，将实施例1步骤（3）中“在温度为90℃的氮气氛围中保持3小时”替换为烘干，其余内容不变；设置对照组3，将实施例1中腰果壳油去掉，其余内容不变；
检测各组材料的结合强度，结合强度为结合力与结合面积的比值，其观察方式为B方式断裂，然后在温度为200℃的条件下处理4小时，检测其结合强度，并计算其保持率，得到以下结果：
表1
通过表1中数据可以看出，本发明中相比现有技术，硬质合金涂层与高韧性碳素钢结合强度有了明显提高，且受高温影响较小，说明其稳定性较高。

Claims (5)

1.一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，其特征在于，所述高韧性碳素钢为碳素结构钢Q235，包括以下步骤：
（1）高硬质合金涂层的原料按重量配比为：碳化钨40-44%、锰2-4%、钼1-2%、铬1-2%、碳1.2-1.5%，余量为铁和不可避免的杂质；
（2）将上述原料按配比混合后在氮气条件下球磨，球料比为8-10:1，球磨体材质为硬度不小于1600HV的硬质合金，在转速为80-100转/分钟的条件下球磨1-2小时，得到合金粉末；
（3）所述碳素钢基体酸洗后浸入调整剂中3-5分钟，取出后在温度为85-95℃的氮气氛围中保持2-4小时；
其中，所述调整剂包括以下重量百分比的原料：硫酸镁28-40PPM、缩聚磷酸铵400-500PPM、硅酸锰80-100PPM、甘油磷酸钠6-10PPM、腰果壳油1-3PPM；
（4）在上述处理后的碳素钢基体表面用激光熔覆合金粉末，得到厚度为20-30μm的高硬质合金涂层。
2.如权利要求1所述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，其特征在于，所述硬度不小于1600HV的硬质合金为WC-Co合金。
3.如权利要求1所述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，其特征在于，所述合金粉末的颗粒粒径为20-400nm。
4.如权利要求1所述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，其特征在于，所述步骤（3）中酸洗采用质量浓度为1.5-2.5%的草酸溶液。
5.如权利要求1所述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，其特征在于，所述激光熔覆激光功率为3-5kW，扫描速度为8-12mm/s，激光束斑直径为8mm，激光熔覆时采用氩气侧吹法对熔池进行保护。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113232380A (zh) * 2021-04-30 2021-08-10 咸阳职业技术学院 一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101403085A (zh) * 2008-11-14 2009-04-08 北京工业大学 一种WC-FeNiCr超硬无磁涂层复合材料及其制备方法
CN101818343A (zh) * 2010-04-21 2010-09-01 广州有色金属研究院 一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法
CN102212821A (zh) * 2011-05-26 2011-10-12 山东大学 一种强化碳化钨耐磨复合板的制备方法
CN103290403A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法
CN103464928A (zh) * 2013-09-07 2013-12-25 山东建筑大学 基于铁基自熔合金粉末的氩弧熔覆材料
CN105177570A (zh) * 2015-10-19 2015-12-23 无锡清杨机械制造有限公司 一种表面涂敷工艺方法
CN105861974A (zh) * 2016-04-06 2016-08-17 成都布雷德科技有限公司 一种抗冲蚀及气蚀磨损复合涂层
CN107059001A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 合肥工业大学 一种添加Ti元素的WC‑Fe基复合涂层及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101403085A (zh) * 2008-11-14 2009-04-08 北京工业大学 一种WC-FeNiCr超硬无磁涂层复合材料及其制备方法
CN101818343A (zh) * 2010-04-21 2010-09-01 广州有色金属研究院 一种含有球形碳化钨复合涂层的激光熔覆方法
CN102212821A (zh) * 2011-05-26 2011-10-12 山东大学 一种强化碳化钨耐磨复合板的制备方法
CN103290403A (zh) * 2012-02-24 2013-09-11 沈阳新松机器人自动化股份有限公司 一种制备高含量wc增强合金粉末涂层的方法
CN103464928A (zh) * 2013-09-07 2013-12-25 山东建筑大学 基于铁基自熔合金粉末的氩弧熔覆材料
CN105177570A (zh) * 2015-10-19 2015-12-23 无锡清杨机械制造有限公司 一种表面涂敷工艺方法
CN105861974A (zh) * 2016-04-06 2016-08-17 成都布雷德科技有限公司 一种抗冲蚀及气蚀磨损复合涂层
CN107059001A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 合肥工业大学 一种添加Ti元素的WC‑Fe基复合涂层及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113232380A (zh) * 2021-04-30 2021-08-10 咸阳职业技术学院 一种高强高韧层状互通结构钢结硬质合金及其制备方法

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