CN109055685B - 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109055685B
CN109055685B CN201811149879.0A CN201811149879A CN109055685B CN 109055685 B CN109055685 B CN 109055685B CN 201811149879 A CN201811149879 A CN 201811149879A CN 109055685 B CN109055685 B CN 109055685B
Authority
CN
China
Prior art keywords
coating
matrix
vanadium carbide
carbide
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811149879.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109055685A (zh
Inventor
叶芳霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University
Original Assignee
Xian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University filed Critical Xian University
Priority to CN201811149879.0A priority Critical patent/CN109055685B/zh
Publication of CN109055685A publication Critical patent/CN109055685A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109055685B publication Critical patent/CN109055685B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法，将金属基体表面处理，配制增碳剂，在表面涂覆增碳剂和保温涂层，表层增碳，向金属基体表面送钒铁粉，预干燥激光扫描，多道搭接熔覆，保温，随炉冷却，得金属基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。涂层包括颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，还可进一步包括颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，颗粒状二次碳化物与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的铁素体区，且依次呈梯度分布，可被施加于金属基体表面。本发明通过激光熔覆得到金属基体与钒复合体，外引入外碳源，并加热、保温，在金属基体表面形成碳化物涂层，涂层与基体之间为冶金结合，结合力强，大幅度提高了金属基体表面的耐磨性能。

Description

一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨涂层及其制备方法，尤其涉及一种复合耐磨碳化物涂层及其制备方法，具体涉及一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的复合耐磨碳化物涂层及其制备方法。
背景技术
碳化物具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中，钒的碳化物熔点和硬度都较高，且其与铁的相容性较好，是理想的耐磨涂层组分。钒的碳化物有多种，常见的有V8C7、V2C、VC等，现有的涂层或者复合材料中均以V8C7或VC为主要耐磨相组分，显然如果能获得V8C7或VC碳化物相的涂层，其耐磨性应该优于其余钒的碳化物。
目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。
因此如何获得碳化物涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
激光熔覆技术是利用高能密度激光束所产生的局部高温将两种或两种以上金属界面瞬间熔化，熔覆材料与基体表面试样冶金结合，形成性能与基体相比更加优良的涂层，从而达到节省贵金属同时提高材料表面性能的目的。激光熔覆后，合金粉末和基材表面之间形成冶金结合涂层，其综合性能优越。但在熔覆过程中，还存在以下问题亟需解决：(1)由于熔覆涂层与基体之间的温度梯度较大，且合金粉末与基体材料之间的性能差异较大，熔覆涂层容易产生裂纹、气孔等缺陷，所以熔覆合金粉末中各种合金元素的种类和含量需严格控制；(2)反应层厚度较薄，不能很好地满足使用要求；(3)由于整个反应瞬间完成，反应层厚度无法控制。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的梯度复合耐磨碳化钒涂层，并且提供一种反应层厚度可控的，用于获得上述复合耐磨碳化钒涂层的制备方法。该涂层厚度可控，密度较高，化学稳定性及耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种梯度复合涂层，梯度复合涂层为碳化钒涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、短棒状碳化钒V2C与基体的复合区；第二涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、菊花状碳化钒V4C3与基体的复合区；第三涂层包括颗粒状碳化钒V8C7与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的基体区，且所述第一涂层、所述第二涂层和所述第三涂层依次呈梯度分布。
优选的，所述第一涂层的平均厚度为34-68.32μm，颗粒状碳化钒V8C7和短棒状碳化钒V2C占所述第一涂层体积的50-70％，晶粒尺寸为1-3μm。
优选的，所述第二涂层的平均厚度为266.58-523.5μm，其中颗粒状碳化钒V8C7和菊花状碳化钒V4C3占所述第二涂层体积的30％-50％，晶粒尺寸为3-5μm。
优选的，所述第三涂层的平均厚度为357-673.9μm，且颗粒状碳化钒V8C7占所述第三涂层体积的10-30％，晶粒尺寸为1-3μm。
优选的，梯度复合涂层总厚度为657.58-1265.72μm。
优选的，所述基体为低碳钢或低碳合金钢。
本发明相应地给出了一种制备所述梯度复合涂层的方法，包括如下步骤：
1)将基体表面除锈后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮超声清洗，所述基体为低碳钢或低碳合金钢；
2)将除锈清洗后的低碳钢或低碳合金钢表面涂覆一层增碳剂，所述增碳剂用酒精或丙酮调至糊状后涂敷在所述基体表面；
3)再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为1-2mm；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的所述基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-96h；
5)将钒铁粉均匀覆盖在步骤4)中进行增碳处理后的所述基体上；
6)将步骤5)中的所述基体放入烘箱中于30-50℃预干燥10-30min；
7)将步骤6)中预干燥后的所述基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行激光熔覆；激光熔覆的工艺参数如下：激光功率选用2000-3000W，扫描速度为5-7mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接搭接率为15％-30％，熔覆层厚度控制在0.5-1.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉内进行热处理，最后随炉冷却至室温，获得所述低碳钢或低碳合金钢基体表面的复合耐磨碳化物涂层。
优选的，所述增碳剂包括石墨粉，所述石墨粉的粒度为600-1000目，纯度为85-95％；厚度为0.2-1.0mm。
优选的，所述保温涂层包括下述质量比的原料：
九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO22～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2，钛溶胶0～8％。
优选的，所述钒铁粉的粒度为600-1000目，纯度为40％-60％。
优选的，步骤8)中热处理的工艺如下：
激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉中从室温升温至1000-1180℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为3-15h；
所述热处理过程中的保护气为氩气，气体流量为4-8ml/min。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明通过激光熔覆和热处理相结合的方法，通过控制保温温度、保温时间和熔覆层厚度的关系，可在低碳钢或低碳合金钢基体表面形成碳化物涂层，涂层与金属基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法所选合金粉的成分简单，反应层厚度易于控制，且适用于生产具有复杂形状的耐磨部件。另一方面，本发明复合碳化钒涂层的显微硬度高达2420-2600HV0.1，所述涂层的耐磨性是基体的12.5-20倍。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为钒铁粉熔覆的工艺流程图；
图2为热处理后熔覆层的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明碳化钒梯度复合涂层的制备方法包括如下步骤：
1)将金属基体表面依次酸洗后，选用800目的Al2O3砂纸打磨，砂纸除锈，然后用酒精或丙酮超声清洗；金属基体为低碳钢15或20或低碳合金钢15Cr、20Cr、20Mn2、20MnV、20CrMn、20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4或12Cr2Ni4；金属基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
2)在除锈清洗后的金属基体表面涂覆一层厚度为0.2-1.0mm的增碳剂，用酒精或丙酮将增碳剂调至细糊状后涂覆在低碳钢或低碳合金钢表面；增碳剂采用石墨粉，石墨粉的粒度为600-1000目，纯度为85-95％。
3)再在其上涂覆一层厚度为1-2mm的保温涂层；其保温涂层为质量比的：九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO2 2～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2％，钛溶胶0～8％。其中，纳米SiO2其平均粒径为30nm，含量为99.9％。
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的金属基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-96h。
5)将钒铁粉加入送粉机内，按照送粉率为1-3r/min向步骤4)中的金属基体表面动送粉；其中，钒铁粉的粒度为700-1000目，纯度为45％-65％。
6)将步骤4)中的进行增碳处理的金属基体连同步骤5)中的钒铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为30-50℃，时间为10-30min。
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的金属基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用2000-3000W，扫描速度为5-7mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为15％-30％，熔覆层厚度控制在0.5-1.5mm。
8)将步骤7)中激光熔覆后的试样放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为4-8ml/min；升温至1000-1180℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为3-15h，优选5-12h。最后随炉冷却至室温，获得所述金属基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。
所得复合耐磨碳化钒涂层为梯度复合碳化钒涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、短棒状碳化钒V2C与基体的复合区；第二涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、菊花状碳化钒V4C3与基体的复合区；第三涂层包括颗粒状碳化钒V8C7与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的基体区，且第一涂层、第二涂层和第三涂层依次呈梯度分布。
所得第一涂层位于复合耐磨碳化钒涂层的最表层，组织为颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区；所得耐磨涂层包括颗粒状、短棒状碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其厚度平均为34-68.32μm，颗粒状碳化钒V8C7和短棒状碳化钒V2C占第一涂层体积分数为50-70％，晶粒尺寸为1-3μm。
所得第二涂层位于上述颗粒状、短棒状碳化钒与基体的复合区之下的颗粒状、菊花状碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为266.58-523.5μm，其中颗粒状碳化钒V8C7和菊花状碳化钒V4C3占所述第二涂层体积30％-50％，晶粒尺寸为3-5μm。
所得第三涂层包括位于上述颗粒状、菊花状碳化钒与基体的复合区之下的颗粒状二次碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为357-673.9μm，且颗粒状碳化钒V8C7占所述第三涂层体积10-30％，晶粒尺寸为1-3μm。
复合耐磨碳化钒涂层总厚度为657.58-1265.72μm，优选在800-1100μm。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
1)先对要进行表面强化的15钢进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用600目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在15钢表面涂覆一层粒度为600目，纯度为85％的石墨粉，并用酒精调至稀糊状；
3)将增碳剂涂敷在15钢表面，厚度为0.5mm；再在其上涂覆一层保温层，其中，保温涂层的厚度为1mm；其保温涂层成分为：九水合硅酸钠10％，去离子水40％，纳米SiO22％，空心陶瓷微珠25％，硅酸铝纤维3％，SiO2气凝胶浆料8％，六钛酸钾晶须2％，金红石型TiO22％，钛溶胶8％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的15钢放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900℃，增碳时间为96h；
5)将钒铁粉加入送粉机内，采用自动送粉，送粉率为1r/min；钒铁粉的粒度为600目，纯度为60％；
6)将步骤4)中进行增碳处理的15钢连同步骤5)中的钒铁粉一同放入烘箱中于30℃预干燥30min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的15钢置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，扫描操作的工艺参数如下：激光功率选用2000W，扫描速度为7mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为15％，熔覆层厚度为0.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的15钢放入具有氩气保护的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为3h，气体流量为5ml/min，最后随炉冷却至室温，获得15钢基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。
所得复合耐磨碳化钒涂层，第一涂层为颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，其平均厚度为34μm，碳化钒体积分数为50％，晶粒尺寸为1μm。位于复合区之下第二涂层为颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为266.58μm，其中碳化钒体积分数为30％，晶粒尺寸为3μm。位于复合区之下的第三涂层为颗粒状二次碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为357μm，且颗粒状二次碳化钒的体积分数为10％，晶粒尺寸为1μm。
碳化钒涂层为复合耐磨涂层，其总厚度为657.58μm。
实施例2：
1)先对要进行表面强化的20CrMn进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用600目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在20CrMn表面涂覆一层粒度为700目，纯度为90％的石墨粉，并用丙酮调至稀糊状；
3)再在其上涂覆一层保温涂层，增碳层厚度为0.8mm；其中，保温涂层的厚度为1.5mm；
其保温涂层成分为：九水合硅酸钠10％，去离子水30％，纳米SiO24％，空心陶瓷微珠20％，硅酸铝纤维9％，SiO2气凝胶浆料17％，六钛酸钾晶须1％，金红石型TiO21％，钛溶胶8％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的20CrMn放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在910℃，增碳时间为48h；
5)将钒铁粉加入送粉机内，采用自动送粉，送粉率为2r/min，钒铁粉的粒度为850目，纯度为55％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的20CrMn连同步骤5)中的钒铁粉一同放入烘箱中于40℃预干燥20min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的20CrMn置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，扫描操作的工艺参数如下：激光功率选用2500W，扫描速度为6mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为20％，熔覆层厚度为1mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的20CrMn放入具有氩气保护的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为5h，气体流量为5ml/min，最后出炉空冷，获得所述20CrMn基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。
所得复合耐磨碳化钒涂层，第一涂层为颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，其平均厚度为47μm，碳化钒体积分数为65％，晶粒尺寸为2μm。位于复合区之下的第二涂层为颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为460μm，其中碳化钒体积分数为42％，晶粒尺寸为4μm。位于复合区区之下第三涂层为颗粒状二次碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为563.22μm，且颗粒状二次碳化钒的体积分数为20％，晶粒尺寸为2μm。
碳化钒涂层为复合耐磨涂层，其总厚度为1070.22μm。
实施例3：
1)先对要进行表面强化的20MnTiB进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用600目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在20MnTiB表面涂覆一层粒度为800目，纯度为90％的石墨粉，并用酒精调至稀糊状；
3)将增碳剂涂敷在20MnTiB表面，厚度为0.9mm；再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为1.5mm；
其保温涂层成分为：九水合硅酸钠10％，去离子水40％，纳米SiO23％，空心陶瓷微珠8％，硅酸铝纤维9％，SiO2气凝胶浆料28％，六钛酸钾晶须2％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的18Cr2Ni4WA放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在930℃,增碳时间为36h；
5)将钒铁粉加入送粉机内，采用自动送粉，送粉率为2r/min，钒铁粉的粒度为900目，纯度为48％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的18Cr2Ni4WA连同步骤5)中的钒铁粉一同放入烘箱中于40℃预干燥20min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的18Cr2Ni4WA置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，扫描操作的工艺参数如下：激光功率选用2800W，扫描速度为5mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为24％，熔覆层厚度为1.2mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的20MnTiB放入具有氩气保护的保温炉内保温，升温至1170℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，气体流量为7ml/min，最后出炉水冷，获得所述20MnTiB基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。
所得复合耐磨碳化钒涂层，第一涂层为颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，其平均厚度为58.94μm，碳化钒体积分数为68％，晶粒尺寸为2.5μm。位于复合区之下的第二涂层为颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为497.2μm，其中碳化钒体积分数为45％，晶粒尺寸为4.5μm。位于复合区区之下的第三涂层为颗粒状二次碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为608.54μm，且颗粒状二次碳化钒的体积分数为25％，晶粒尺寸为2.5μm。
碳化钒涂层为复合耐磨涂层，其总厚度为1164.68μm。
实施例4：
1)先对要进行表面强化的18Cr2Ni4WA进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用800目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在18Cr2Ni4WA表面涂覆一层粒度为1000目，纯度为95％的石墨粉，并用酒精调至稀糊状；
3)将增碳剂涂敷在18Cr2Ni4WA表面，厚度为1.0mm；再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为2mm；
其保温涂层成分为：九水合硅酸钠10％，去离子水27％，纳米SiO23％，空心陶瓷微珠23％，硅酸铝纤维7％，SiO2气凝胶浆料22％，金红石型TiO22％，钛溶胶6％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的18Cr2Ni4WA放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在950℃,增碳时间为24h；
5)将钒铁粉加入送粉机内，采用自动送粉，送粉率为3r/min，钒铁粉的粒度为1000目，纯度为40％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的18Cr2Ni4WA连同步骤5)中的钒铁粉一同放入烘箱中于50℃预干燥10min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的18Cr2Ni4WA置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，扫描操作的工艺参数如下：激光功率选用3000W，扫描速度为5mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为30％，熔覆层厚度为1.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的18Cr2Ni4WA放入具有氩气保护的保温炉内保温，升温至1180℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为15h，气体流量为8ml/min，最后出炉水冷，获得所述18Cr2Ni4WA基体表面的复合耐磨碳化钒涂层。
所得复合耐磨碳化钒涂层，第一涂层为颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，其平均厚度为68.32μm，碳化钒体积分数为70％，晶粒尺寸为3μm。位于复合区之下的第二涂层为颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为523.5μm，其中碳化钒体积分数为50％，晶粒尺寸为5μm。位于复合区区之下的第三涂层为颗粒状二次碳化钒与基体的复合区，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为673.9μm，且颗粒状二次碳化钒的体积分数为30％，晶粒尺寸为3μm。
碳化钒涂层为复合耐磨涂层，其总厚度为1265.72μm。
图2示出了本发明实施例3对应的热处理后熔覆层的XRD图谱。可以看出经热处理后熔覆层的最终产物为α-Fe和V8C7。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种制备梯度复合涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将基体表面除锈后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮超声清洗，所述基体为低碳钢或低碳合金钢；
2)将除锈清洗后的低碳钢或低碳合金钢表面涂覆一层增碳剂，所述增碳剂用酒精或丙酮调至糊状后涂敷在所述基体表面；
3)再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为1-2mm；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的所述基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-96h；
5)将钒铁粉均匀覆盖在步骤4)中进行增碳处理后的所述基体上；
6)将步骤5)中的所述基体放入烘箱中于30-50℃预干燥10-30min；
7)将步骤6)中预干燥后的所述基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行激光熔覆；激光熔覆的工艺参数如下：激光功率选用2000-3000W，扫描速度为5-7mm/s，光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接搭接率为15％-30％，熔覆层厚度控制在0.5-1.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉内进行热处理，最后随炉冷却至室温，获得所述低碳钢或低碳合金钢基体表面的复合耐磨碳化钒涂层；
所述增碳剂包括石墨粉，所述石墨粉的粒度为600-1000目，纯度为85-95％；厚度为0.2-1.0mm；
所述保温涂层包括下述质量比的原料：
九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO22～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2，钛溶胶0～8％。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钒铁粉的粒度为600-1000目，纯度为40％-60％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤8)中热处理的工艺如下：
激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉中从室温升温至1000-1180℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为3-15h；
所述热处理过程中的保护气为氩气，气体流量为4-8ml/min。
4.一种权利要求1-3任一项所述方法制备的梯度复合涂层，其特征在于，梯度复合涂层为碳化钒涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、短棒状碳化钒V2C与基体的复合区；第二涂层包括颗粒状碳化钒V8C7、菊花状碳化钒V4C3与基体的复合区；第三涂层包括颗粒状碳化钒V8C7与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的基体区，且所述第一涂层、所述第二涂层和所述第三涂层依次呈梯度分布。
5.如权利要求4所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第一涂层的平均厚度为34-68.32μm，颗粒状碳化钒V8C7和短棒状碳化钒V2C占所述第一涂层体积的50-70％，晶粒尺寸为1-3μm。
6.如权利要求4所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第二涂层的平均厚度为266.58-523.5μm，其中颗粒状碳化钒V8C7和菊花状碳化钒V4C3占所述第二涂层体积的30％-50％，晶粒尺寸为3-5μm。
7.如权利要求4所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第三涂层的平均厚度为357-673.9μm，且颗粒状碳化钒V8C7占所述第三涂层体积的10-30％，晶粒尺寸为1-3μm。
8.如权利要求4所述的梯度复合涂层，其特征在于，梯度复合涂层总厚度为657.58-1265.72μm；所述基体为低碳钢或低碳合金钢。
CN201811149879.0A 2018-09-29 2018-09-29 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法 Active CN109055685B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811149879.0A CN109055685B (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811149879.0A CN109055685B (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109055685A CN109055685A (zh) 2018-12-21
CN109055685B true CN109055685B (zh) 2020-01-07

Family

ID=64767006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811149879.0A Active CN109055685B (zh) 2018-09-29 2018-09-29 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109055685B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020212735A1 (en) 2019-04-17 2020-10-22 Arcelormittal A method for the manufacture of an assembly by submerged arc welding (saw)
CN111172536A (zh) * 2020-02-21 2020-05-19 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 铁基碳化钒涂层的制备方法
CN111607789B (zh) * 2020-04-27 2021-06-15 矿冶科技集团有限公司 激光熔覆原位自生碳化物颗粒增强铁基熔覆层及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0460211B1 (en) * 1989-12-27 1996-11-13 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Production of anticorrosive and antiwearing alloy
CN103276276B (zh) * 2013-05-08 2016-01-20 北京工业大学 一种vc增强的高熵合金涂层及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102337536B (zh) * 2011-10-26 2013-09-11 西安建筑科技大学 金属板表层原位合成碳化钨颗粒强化复合耐磨层制备工艺
CN104527150B (zh) * 2014-11-18 2016-01-27 西安理工大学 耐磨涂层及其制备方法
CN105925979A (zh) * 2016-07-08 2016-09-07 天津工业大学 一种铁基碳化钛激光熔覆材料
CN107937907A (zh) * 2017-11-28 2018-04-20 上海航天精密机械研究所 陶瓷增强金属基复合涂层的激光熔覆制备方法
CN108339976B (zh) * 2018-03-01 2019-12-27 沈阳工业大学 激光熔覆原位自生碳化钒增强铁基合金用粉料及制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0460211B1 (en) * 1989-12-27 1996-11-13 Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha Production of anticorrosive and antiwearing alloy
CN103276276B (zh) * 2013-05-08 2016-01-20 北京工业大学 一种vc增强的高熵合金涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109055685A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109252158B (zh) 一种碳化钽梯度复合涂层及其制备方法
CN109055685B (zh) 一种碳化钒梯度复合涂层及其制备方法
CN109252159B (zh) 一种碳化铌梯度复合涂层及其制备方法
CN104480460B (zh) 一种钛合金表面激光熔覆原位自生耐磨自润滑涂层
CN101812684B (zh) 一种金属表面激光强化涂层的制备方法
CN101519778B (zh) 一种穿孔顶头表面强化的激光熔覆方法
CN103866319A (zh) 锆合金表面制备镍基耐热耐磨涂层的激光熔覆方法
CN109023354A (zh) 一种碳化钨梯度复合涂层及其制备方法
CN107675176A (zh) 一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法
CN109468638A (zh) 一种金刚石增强高熵合金复合涂层的制备方法
CN105331920A (zh) 一种利用超音速电弧喷涂制备防腐耐磨涂层的方法
CN113564576A (zh) 一种陶瓷相梯度的单相高熵合金涂层材料及其制备方法
CN112159982A (zh) 一种含内生氧化铝增强相的高熵合金涂层及制备方法
US4562090A (en) Method for improving the density, strength and bonding of coatings
CN103173711A (zh) 一种可适用于重熔的电弧喷涂粉芯丝材
CN107630184A (zh) 一种在铌或铌合金表面制备硅化铌涂层的方法
CN113235087A (zh) 一种用于锌锅辊轴套表面激光熔覆的工艺
CN113186483A (zh) 一种适用于复杂工况的非晶功能性防护涂层及制备方法
CN109234733B (zh) 一种碳化铬梯度复合涂层及其制备方法
CN108796498A (zh) 一种激光熔覆铝合金表面自反应生成陶瓷相的方法
CN112281105A (zh) 一种金属陶瓷复合涂层及其制备方法和应用
CN109175380B (zh) 一种抗磨损高熵合金齿轮的激光增材制造方法
CN104726815B (zh) 不锈钢表面堆焊和喷涂相结合的耐热复合涂层制备方法
CN110408924A (zh) 一种用于激光熔覆涂层的钛基混合粉末及制造方法与应用
CN111593339B (zh) 含有纳米碳化钽的多层高熵合金激光熔覆层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant