CN109913868A - 一种孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法，属于金属表面工程及高温涂层制备技术领域。本发明采用摩擦性能好的二维碳化物和硫化物为双重润滑相，对二维碳化物进行固溶改性，对硫化物进行包裹改性，以Fe‑Ni、Ti‑Ni、Ti‑Si、Fe‑Si、TiB2为组合式增强相，通过功能单元相之间的协同作用，改善钢的自润滑耐磨性能，提高了涂层的显微硬度，降低了摩擦系数和磨损量。实施例的数据表明，本发明制得的孔阵列钢表面复合涂层显微硬度HV0.2为850.6～894.7，摩擦系数为0.3562～0.4277。

Description

一种孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面工程及高温涂层制备技术领域，特别涉及一种孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的发展，生产过程中对机械产品的性能要求越来越高，产品在高参数(如高温、高压、高速等)和恶劣的工况条件下长期稳定运转，必然对其表面的强度、耐磨性、耐蚀性等提出更高的要求。各种机械设备、仪器仪表、冶金零部件中的金属零件，以及各种工具模具，在使用过程中往往首先从表面发生破坏和失效，破坏的原因很大一部分是由于表面磨损而造成的。因此，只要对零部件表面进行强化就能满足性能的要求。
表面强化技术主要有热喷涂、表面熔覆等工艺方法，表面熔覆技术使基体表面获得耐磨性能的同时，覆层材料与基体间可形成牢固的冶金结合，因此在一些要求表面不仅具有抗磨性能，而且还需要承受强载荷作用的条件下，具有绝对优势。目前，表面熔覆技术广泛应用于冶金、航空、机械等行业旧件的修复和新产品的制造上。
钢因其良好的热疲劳、耐磨性等综合性能被广泛应用于各种铸锻模具，但在特殊工况条件，要不断承受冷热交变和冲击载荷作用，表面易出现热磨损、高温氧化和热疲劳等而失效，导致模具寿命大大降低。因此，在钢基体表面形成复合涂层，可以极大地提高表面的硬度、耐磨性、耐蚀性，具有重要的实用意义。
传统钢涂层制备过程中依靠单一合金涂层或陶瓷涂层作为功能改性涂层提高钢耐磨性能，但制备的涂层结构的硬度小、摩擦系数大且磨损量高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法。本发明制备方法制得的复合涂层硬度显著提高，摩擦系数和磨损量显著降低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种孔阵列钢表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将钢表面加工，得到呈点阵平行排列分布的表面钢孔；
将Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉混合后，烧结，得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体；
将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体用腐蚀液刻蚀，得到(Tix,Cr1-x)3C2粉体；
将Ti粉末和Si粉末混合后，烧结，得到Ti-Si预合金粉末；
将Ni9Cr5Al5Mo粉末、所述(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、所述Ti-Si预合金粉末和B粉末混合，得到混合粉末；
用粘接剂将所述混合粉末预置在所述表面钢孔上，依次进行激光熔覆和热处理，得到复合涂层。
优选地，所述钢为Q235低碳钢。
优选地，所述表面钢孔为圆孔，所述圆孔直径为1～2mm，深度为0.7～1.2mm，任意相邻两圆孔的圆心距离为5～7mm。
优选地，所述(Tix,Cr1-x)3AlC2中X为0.5～1。
优选地，所述腐蚀液包括NaOH溶液，所述NaOH溶液的质量浓度为40～50％。
优选地，所述Ti粉末和Si粉末的质量比为55～65:35～45。
优选地，所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、Ti-Si预合金粉末和B粉末的质量比为41～68:5～10:15～30:8～13:4～6。
优选地，所述激光熔覆在氩气保护下进行，所述氩气的流量为20～30L/min，所述激光熔覆的功率为1500～3000W，扫描速度为5～15mm/s，离焦量为35～55mm。
优选地，所述热处理的温度为650～950℃，时间为3～7h。
本发明还提供了上述所述制备方法制得的孔阵列钢表面复合涂层，所述孔阵列钢表面复合涂层的显微硬度HV0.2为850.6～894.7，摩擦系数为0.3562～0.4277。
本发明提供了一种孔阵列钢表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将钢表面加工，得到呈点阵平行排列分布的表面钢孔；将Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉混合后，烧结，得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体；将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体用腐蚀液刻蚀，得到(Tix,Cr1-x)3C2粉体；将Ti粉末和Si粉末混合后，烧结，得到Ti-Si预合金粉末；将Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni粉末包裹MoS2粉末和所述Ti-Si预合金粉末和B粉末混合，得到混合粉末；用粘接剂将所述混合粉末预置在所述表面钢孔上，依次进行激光熔覆和热处理，得到复合涂层。本发明采用摩擦性能好的二维碳化物和硫化物为双重润滑相，采用腐蚀液对二维碳化物(Tix,Cr1-x)3AlC2进行固溶改性，对硫化物进行包裹改性，，同时以Fe-Ni、Ti-Ni、Ti-Si、Fe-Si、TiB2为组合式增强相，通过功能单元相之间的协同作用，改善涂层的组织结构和成分分布，改善钢的自润滑耐磨性能，提高了涂层的显微硬度，降低了摩擦系数和磨损量。实施例的结果表明，本发明制备方法制得的孔阵列钢表面复合涂层的显微硬度HV0.2为850.6～894.7，摩擦系数为0.3562～0.4277。
进一步的，本发明还通过构筑多组元实现对基底的有效保护，对钢表面加工，形成呈点阵平行排列分布的圆形孔结构，实现涂层结构的优化，解决了基底与涂层的粘结力差易剥落的问题，打破传统涂层结构的单一性和特定功能组分的单一性。
本发明的制备工艺可实施性强，效果好，实用范围广，延长了涂层的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例1～4中钢表面加工形成呈孔阵平行排列分布的圆孔结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种孔阵列钢表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
将钢表面加工，得到呈点阵平行排列分布的表面钢孔；
将Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉混合后，烧结，得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体；
将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体用腐蚀液刻蚀，得到(Tix,Cr1-x)3C2粉体；
将Ti粉末和Si粉末混合后，烧结，得到Ti-Si预合金粉末；
将Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni粉末包裹MoS2粉末和所述Ti-Si预合金粉末和B粉末混合，得到混合粉末；
用粘接剂将所述混合粉末预置在所述表面钢孔上，依次进行激光熔覆和热处理，得到复合涂层。
本发明将钢表面加工，得到呈点阵平行排列分布的表面钢孔。
在本发明中，所述钢优选为Q235低碳钢。本发明对所述钢的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述Q235低碳钢综合性能较好，强度高、塑性和焊接等性能优异。
在本发明中，所述钢的尺寸优选为80mm×80mm×10mm，所述表面钢孔优选为圆孔，所述圆孔的直径优选为1～2mm，进一步优选为1.5mm，深度优选为0.7～1.2mm，进一步优选为0.9mm，任意相邻两圆孔的圆心距离优选为5～7mm，进一步优选为6mm。
本发明优选将加工完成后的表面钢孔依次进行打磨、清洗。
在本发明中，所述打磨优选采用砂纸打磨。本发明对所述打磨的时间没有特殊的要求，能将钢孔表面的氧化膜除去即可。
在本发明中，所述清洗优选采用乙醇。本发明对所述乙醇的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述清洗能够将打磨残留后的杂质除去，得到洁净的钢表面。
本发明将Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉混合后，烧结，得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体。
在本发明中，所述Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉的用量优选按照(Tix,Cr1-x)3AlC2中的原子比称量。本发明对所述Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述混合的方式优选采用干法球磨，所述混合的时间优选为0.5～2h，所述干法球磨的设备优选为行星式球磨机，所述行星式球磨机的主轴转速优选为300～600r/min，填充系数优选为0.35～0.55，球磨料优选为玛瑙球，球磨罐优选为尼龙球磨罐，所述干法球磨优选在氩气保护条件下进行。
本发明优选将混合后的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚中。
在本发明中，所述烧结优选在真空炉中进行，所述烧结的温度优选为1350～1450℃，所述烧结的升温速率优选为5～10℃/min，所述烧结的保温时间优选为2～5h。
在本发明中，所述(Tix,Cr1-x)3AlC2中X优选为0.5～1，进一步优选为0.65。
得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体后，本发明将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体用腐蚀液刻蚀，得到(Tix,Cr1-x)3C2粉体。
在本发明中，所述腐蚀液优选为NaOH溶液，所述NaOH溶液的质量浓度优选为40～50％。本发明对所述NaOH溶液的用量没有特殊的限定，将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体浸润即可。本发对所述腐蚀液的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述腐蚀液能将(Tix,Cr1-x)3AlC2粉体进行刻蚀，对二维碳化物进行固溶改性，得到手风琴形貌(Tix,Cr1-x)3C2粉体。
在本发明中，所述刻蚀优选在震荡条件下进行，所述刻蚀的处理时间优选为24～72h。
本发明优选将刻蚀处理后的(Tix,Cr1-x)3C2粉体依次进行过滤、洗涤和干燥，得到手风琴形貌的(Tix,Cr1-x)3C2粉体。在本发明中，所述过滤优选采用滤纸，所述清洗优选采用乙醇溶液，所述干燥的温度优选为80～100℃，所述干燥的时间优选为3～8h。
本发明将Ti粉末和Si粉末混合后，烧结，得到Ti-Si预合金粉末。
在本发明中，所述Ti粉末和Si粉末的质量比优选为55～65:35～45，进一步优选为58.5:41.5。本发明对所述Ti粉末和Si粉末的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述混合的方式优选为干法球磨，所述混合的时间优选为3～5h，所述干法球磨的设备优选为行星式球磨机，所述行星式球磨机的主轴转速优选为300～600r/min，填充系数优选为0.35～0.55，球磨料优选为玛瑙球，球磨罐优选为尼龙球磨罐，所述干法球磨优选在氩气保护条件下进行。
在本发明中，所述烧结优选在真空炉中进行，所述烧结的温度为720～980℃，所述烧结的升温速率优选为5～10℃/min，所述烧结的保温时间优选为2～4h。
本发明优选将烧结后的产物随炉冷却，得到Ti-Si预合金粉末。
本发明将Ni9Cr5Al5Mo粉末、所述(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、所述Ti-Si预合金粉末和B粉末混合，得到混合粉末。
在本发明中，所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、所述(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、所述Ti-Si预合金粉末和B粉末的粒径独立地优选为5～30μm。
在本发明中，所述Ni包裹MoS2粉末优选为25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉末。在本发明中，所述包裹优选采用球磨工艺进行包裹。本发明通过Ni包裹MoS2，对硫化物进行包裹改性，进一步增强了钢的自润滑性能。
在本发明中，所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、Ti-Si预合金粉末和B粉末的质量比优选为41～68:5～10:15～30:8～13:4～6，进一步优选为55:6.5:25:9:4.5。本发明对所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、Ti-Si预合金粉末和B粉末的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、Ti-Si预合金粉末和B粉末在后续反应过程中形成以Fe-Ni、Ti-Ni、Ti-Si、Fe-Si、TiB2为组合式增强相，粉末通过功能单元相之间的协同作用，改善钢的自润滑耐磨性能，提高了涂层的显微硬度，降低了摩擦系数和磨损量。
在本发明中，所述混合的方式优选为干法球磨，所述干法球磨的设备优选为行星式球磨机，所述行星式球磨机的主轴转速优选为300～600r/min，填充系数优选为0.35～0.55，球磨料优选为玛瑙球，球磨罐优选为尼龙球磨罐，所述球磨优选在氩气保护条件下进行。
本发明用粘接剂将所述混合粉末预置在所述表面钢孔上，依次进行激光熔覆和热处理，得到复合涂层。
在本发明中，所述预置为用所述混合粉末将钢孔填满，并在钢孔表面形成混合粉末层。
在本发明中，所述混合粉末预置后形成的粉末层厚度优选为0.9～1.3mm，进一步优选为1mm。
在本发明中，所述粘接剂优选为乙酸纤维素和二丙酮醇的混合液，所述乙酸纤维素和二丙酮醇的质量比优选为5:95。本发明对所述粘接剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明优选将所述混合粉末填充满所述表面钢圆孔，得到预置好的涂层。
本发明优选将预置好的涂层进行干燥。
在本发明中，所述干燥优选在干燥箱中进行，所述干燥的温度优选为70～110℃，所述干燥的时间优选为3～8h。
在本发明中，所述激光熔覆优选在氩气保护下进行，所述氩气的流量优选为20～30L/min，进一步优选为25L/min，所述激光熔覆的功率优选为1500～3000W，进一步优选为2500W，扫描速度优选为5～15mm/s，进一步优选为10mm/s，离焦量优选为35～55mm，进一步优选为40mm。
在本发明中，所述热处理的温度优选为650～950℃，进一步优选为850℃，所述热处理的时间优选为3～7h，进一步优选为5h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的孔阵列钢表面复合涂层，所述孔阵列钢表面复合涂层的显微硬度HV0.2为850.6～894.7，摩擦系数为0.3562～0.4277。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的孔阵列钢表面复合涂层及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
按图1所示，将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径1.5mm，深度0.9mm，两圆孔的圆心距离为6mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为350r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1380℃烧结保温2h，获得(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体；
将(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为45％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理36h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体；
按质量百分数称取58.5％的Ti粉末和41.5％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为300r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为55:6.5:25:9:4.5称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为1mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为25L/min，功率为2500W，扫描速度为10mm/s，离焦量为40mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为850℃，热处理时间为5h，制得复合涂层。
实施例2
按图1所示，将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径1.0mm，深度0.7mm，两圆孔的圆心距离为5mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.5,Cr0.5)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合0.5h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为4500r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1350℃烧结保温3h，获得(Ti0.5,Cr0.5)3AlC2AlC2固溶复合粉体；
将(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为40％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理72h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌(Ti0.5,Cr0.5)3C2粉体；
按质量百分数称取65％的Ti粉末和35％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为450r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于720℃处理2h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.5,Cr0.5)3C2粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为41:10:30:13:6称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为0.9mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为20L/min，功率为1500W，扫描速度为5mm/s，离焦量为35mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为650℃，热处理时间为7h，制得复合涂层。
实施例3
按图1所示，将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径2.0mm，深度1.2mm，两圆孔的圆心距离为7mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为600r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1450℃烧结保温2h，获得(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体；
将(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为50％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理24h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体；
按质量百分数称取35％的Ti粉末和65％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为500r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为65:5:15:8:4称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为450r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为1.3mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为30L/min，功率为3000W，扫描速度为15mm/s，离焦量为55mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为950℃，热处理时间为3h，制得复合涂层。
实施例4
按图1所示，将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径1.5mm，深度0.9mm，两圆孔的圆心距离为6mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比Ti3AlC2计算称量Ti粉、Al粉、活性炭，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为350r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1380℃烧结保温2h，获得Ti3AlC2固溶复合粉体；
将Ti3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为45％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理36h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌Ti3C2粉体；
按质量百分数称取58.5％的Ti粉末和41.5％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为300r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、Ti3C2粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为55:6.5:25:9:4.5称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为1mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为25L/min，功率为2500W，扫描速度为10mm/s，离焦量为40mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为850℃，热处理时间为5h，制得复合涂层。
对比例1
将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径1.5mm，深度0.9mm，两圆孔的圆心距离为6mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为350r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1380℃烧结保温2h，获得(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体；
按质量百分数称取58.5％的Ti粉末和41.5％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为300r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为55:6.5:25:9:4.5称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为1mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为25L/min，功率为2500W，扫描速度为10mm/s，离焦量为40mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为850℃，热处理时间为5h，制得复合涂层。
对比例2
将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，然后加工出呈点阵平行排列分布的圆孔表面钢孔，圆孔直径1.5mm，深度0.9mm，两圆孔的圆心距离为6mm，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为350r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1380℃烧结保温2h，获得(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体；
将(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为45％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理36h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体；
按质量百分数称取58.5％的Ti粉末和41.5％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为300r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体、MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为55:6.5:25:9:4.5称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400r/min，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，确保填充圆形孔，厚度控制为1mm，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为25L/min，功率为2500W，扫描速度为10mm/s，离焦量为40mm，搭接率超过35％；
然后进行热处理，热处理温度为850℃，热处理时间为5h，制得复合涂层。
对比例3
将Q235低碳钢表面线切割成尺寸为80mm×80mm×10mm的试样，表面打磨去除表面氧化膜，并用乙醇清洗干净；
按原子比(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2计算称量Ti粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉，干法球磨混合2h，球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为350r/min，填充系数为0.4，球磨料为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，然后将球磨好的粉体装入铺有石墨纸的石墨坩埚内，在真空炉中于1380℃烧结保温2h，获得(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体；
将(Ti0.65,Cr0.35)3AlC2固溶复合粉体装入聚合物容器中，在容器中加入质量浓度为45％的NaOH溶液，震荡刻蚀处理36h，依次过滤、清洗、干燥，获得手风琴形貌(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体；
按质量百分数称取58.5％的Ti粉末和41.5％的Si粉末，将Ti粉末和Si粉末干法混合球磨4h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为300r/min，填充系数为0.45，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，之后置入真空炉中于950℃处理3h，随炉冷却后，得到Ti-Si预合金粉末；
将镍铬铝钼粉(Ni9Cr5Al5Mo)、(Ti0.65,Cr0.35)3C2粉体、25wt％Ni包裹75wt％MoS2粉、Ti-Si预合金粉、B粉按照质量比为55:6.5:25:9:4.5称量后，进行干法球磨2h，粉体混合球磨设备为行星式球磨机，球磨机主轴转速为400转/分，填充系数为0.5，球磨体为玛瑙球，球磨罐为尼龙球磨罐，氩气保护，得到得到混合粉末；
用5％乙酸纤维素和95％二丙酮醇配制的粘结剂将混合粉末预置在Q235低碳钢表面上，然后将预置好的涂层放在干燥箱中于110℃干燥5h；
用激光熔覆机在氩气保护下进行熔覆，保护气流量为25L/min，功率为2500W，扫描速度为10mm/s，离焦量为40mm，搭接率超过35％，制得复合涂层。
对实施例1～4、对比例1～3制得的复合涂层及钢基体进行性能进行测定，其中磨损实验测定条件：加载载荷为20kg，转速为150r/min，时间为30min，对磨球为Co-WC硬质合金球。
表1实施例1～3、对比例1～3制得的复合涂层及钢基体性能测定结果
编号 显微硬度/HV<sub>0.2</sub> 摩擦系数 磨损量/mg
实施例1 894.7 0.3562 4.9579
实施例2 873.9 0.4085 5.2827
实施例3 850.6 0.4277 5.5493
实施例4 863.1 0.4207 5.4166
钢基体 232.5 0.6928 17.2654
对比例1 825.2 0.4436 5.8994
对比例2 807.3 0.4773 6.3493
对比例3 796.4 0.4983 10.3786
由表1可以看出，实施例1～4制得的孔阵列钢面复合涂层的显微硬度、摩擦系数及磨损量均显著优于基体及对比例1～3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种孔阵列钢表面复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钢表面加工，得到呈点阵平行排列分布的表面钢孔；
将Ti粉、Cr粉、Al粉和Cr3C2粉混合后，烧结，得到(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体；
将所述(Tix,Cr1-x)3AlC2固溶复合粉体用腐蚀液刻蚀，得到(Tix,Cr1-x)3C2粉体；
将Ti粉末和Si粉末混合后，烧结，得到Ti-Si预合金粉末；
将Ni9Cr5Al5Mo粉末、所述(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、所述Ti-Si预合金粉末和B粉末混合，得到混合粉末；
用粘接剂将所述混合粉末预置在所述表面钢孔上，依次进行激光熔覆和热处理，得到复合涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢为Q235低碳钢。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面钢孔为圆孔，所述圆孔直径为1～2mm，深度为0.7～1.2mm，任意相邻两圆孔的圆心距离为5～7mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述(Tix,Cr1-x)3AlC2中X为0.5～1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述腐蚀液包括NaOH溶液，所述NaOH溶液的质量浓度为40～50％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ti粉末和Si粉末的质量比为55～65:35～45。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ni9Cr5Al5Mo粉末、(Tix,Cr1-x)3C2粉体、Ni包裹MoS2粉末、Ti-Si预合金粉末和B粉末的质量比为41～68:5～10:15～30:8～13:4～6。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆在氩气保护下进行，所述氩气的流量为20～30L/min，所述激光熔覆的功率为1500～3000W，扫描速度为5～15mm/s，离焦量为35～55mm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为650～950℃，时间为3～7h。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制得的孔阵列钢表面复合涂层，其特征在于，所述孔阵列钢表面复合涂层的显微硬度HV0.2为850.6～894.7，摩擦系数为0.3562～0.4277。
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