CN110424002A - 一种复合涂层、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种复合涂层、制备方法及应用，所述制备方法包括以下步骤：将硬质相颗粒与基础材料制备成复合丝材；将基础粉末材料进行等离子熔覆产生熔池；将所述复合丝材不经热源直接送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层。所述复合涂层由上述方法制备；该复合涂层可用作设备部件基材的抗磨涂层。本发明提供的制备方法可以解决在制备复合涂层过程中存在硬质相颗粒尺寸受限、在涂层中分布不均匀以及微小硬质相颗粒送进困难的问题，所制成的复合涂层硬度高、耐腐蚀性能和耐磨损性能强，该复合涂层适用于各类易磨损的器械上，尤其适合于刀剪的刃口等部位。

Description

一种复合涂层、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及复合涂层制备技术领域，尤其涉及一种具有硬质相颗粒的复合涂层、制备方法及应用。

背景技术

目前，常用的表面复合涂层的制备方法有电镀、表面堆焊、气相沉积、喷涂等。为了提高涂层的耐磨损和/或耐腐蚀等性能，研发人员通常会在涂层的制备过程中加入具有高硬度的碳化物(如碳化钨、碳化钛、碳化钒)或者氮化物等硬质相颗粒。往往这些硬质相颗粒的添加方式为先与基础粉末共同球磨混合形成复合粉末，然后再将复合粉末送入热源进行熔化产生熔滴，熔滴沉积到基材表面，从而得到高性能复合涂层。

但上述制备方法具有以下缺点：1、采用球磨方法进行混合，球磨过程中产生的机械力(剪切力、冲击力等)会使金属粉末/硬质颗粒发生塑性变形、断裂、破碎、晶体结构重构等变化，改变原粉末材料的初始形貌、结构特性和化学成分，变形和断裂区域的热量升高，颗粒的稳定性降低，这些变化对后续的涂层制备工艺有着不可预估的影响；2、另外，当硬质相颗粒尺寸小于15μm时，容易引起粉末团聚，混合后的粉末难以输送。若不通过球磨混合，仅进行简单的机械搅拌混合，则难以将两种粉末混合均匀，且当硬质相颗粒尺寸较大时，重力对其影响较为显著，很容易造成涂层中硬质相颗粒分布不均匀的问题，严重影响涂层性能的稳定性，同时较大的硬质相颗粒还容易引起宏观裂纹等缺陷；3、经球磨制得的复合粉末直接经过热源加热熔化容易产成硬质相颗粒元素烧损的问题，不仅会浪费硬质相材料，而且制备出的涂层实际性能达不到预期。

发明内容

本发明的目的之一在于解决现有复合涂层制备过程中存在硬质相颗粒尺寸受限的问题。本发明的目的之一在于解决现有复合涂层制备过程中硬质相颗粒在涂层中分布不均匀。本发明的目的之一在于解决现有复合涂层制备过程中微小硬质相颗粒送进困难的问题。从而提供一种复合涂层的制备方法，该制备方法可以提高复合涂层的硬度、耐腐蚀性能和耐磨损性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

将硬质相颗粒与基础材料制备成复合丝材；其中基础材料为外皮，硬质相颗粒为填充物；

将基础粉末材料采用同轴递送，复合丝材采用侧向送进的方式，进行等离子熔覆。

在一个实施例中：本发明的复合丝材包括外皮和填充物，外皮为所述基础材料，所述填充物为硬质相颗粒。该复合丝材有效的解决了超细硬质相颗粒单独送进熔池困难的问题，而将超细硬质相颗粒填充于复合丝材中有助于提高硬质相颗粒在涂层中的均匀程度，有效降低涂层开裂的倾向。另外，将硬质相颗粒与基础材料制备成复合丝材进行送进，可以精确控制硬质相颗粒的送进速度和送进量，避免送粉不稳定的问题。

在一个实施例中：所述等离子熔覆中，基础粉末材料的送粉方式为同轴送粉，所述复合丝材的送进的方式为侧向送进。在一个实施例中，在所述等离子熔覆中，将复合丝材不经热源加热直接从侧向送进基础粉末材料产生的熔池内进行熔化，有利于减少硬质相颗粒元素的烧损；同时，送进温度较低的丝材还可以增加熔池的冷却速率，从而得到组织更细的涂层显微组织；再者，采用复合丝材进行送进较易实现精确地送进速率，稳定涂层性能。本方案采用侧向送进的方式，相对于从熔池上方同轴送进的方式来说，可避免硬质相颗粒与热源接触发生熔化，造成硬质相颗粒元素被烧损的问题，不仅可以提高材料的使用率，而且还能提高涂层的稳定性。

在一个实施例中：所述复合丝材的外皮与所述基础粉末材料的材质为合金，尤其是焊接性能好的合金。本发明中，对合金的种类无特别限制，仅需物理力学性能良好，可焊接性及耐蚀性良好；能较好地润湿硬质相颗粒的表面，在液相温度以上不与硬质相颗粒发生化学反应。

在一个实施例中，所述基础材料与所述基础粉末材料的材质各自独立地选自不锈钢、镍基合金、钴基合金、钛基合金中的一种或几种。

在一个实施例中，所述不锈钢选自：1Cr13、2Cr13、3Cr13、304、316、410、420、440、RWL34、PMC27中的一种或几种。

在一个实施例中，所述镍基合金选自Ni60、Ni60A、Ni55、IN718、IN625中的一种或几种。

在一个实施例中，所述钴基合金选自Co06、Co07、Co701、CoCrMo、CoNiCrMo中的一种或几种。

在一个实施例中，所述钛基合金选自Ti6Al4V和/或TC4。

在一个实施例中，所述基础材料与所述基础粉末材料的材质各自独立地选自3Cr13、440A、304、Ni60、Co07、Ti6Al4V中的一种或几种。

在一个实施例中：所述复合丝材的送进方向与所述等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为10-80度。优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为20-70度；优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为30-60度；优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为40-50度。经实验证实，在该角度范围内，涂层的物理化学性能无太大的差异。但是，当角度大于80度时，易造成熔覆涂层表面形貌较差的问题，而当角度小于10度时，硬质相颗粒会与热源接触发生熔化，造成硬质相颗粒烧损的问题。

在一个实施例中：所述硬质相颗粒的尺寸为0.1-45μm；优选地为0.1-30μm；更优选为0.1-15μm；还更优选为0.1-10μm。本发明的方法对于硬质相颗粒的尺寸无特别要求。现有技术中，由于硬质相颗粒的颗粒尺寸越小，颗粒之间的粘附力、范德华力越显著，颗粒的流动性越受阻滞，当颗粒尺寸小于10μm时，粉末颗粒易出现团聚现象，此时粉末无流动性，造成粉末难以送进的问题。本发明不仅可突破传统方法颗粒尺寸受限问题，使被送进熔池的硬质相颗粒尺寸达到亚微米级甚至是纳米级；而且当硬质相颗粒的尺寸为0.1-10μm时，可在控制成本的前提下显著提高硬质相颗粒在涂层中的均匀程度，有效降低涂层开裂的倾向。当然，当硬质相颗粒的尺寸大于10μm时，也可采用复合丝材的方式送进熔池制备涂层，也可以常用侧送粉方式将硬质相颗粒侧向送进熔池制备涂层；当硬质相颗粒的尺寸小于10μm时，则会使粉末颗粒之间发生团聚，造成送粉管道堵塞，降低涂层性能。

本发明中，对于硬质相颗粒的种类无要求，适用于本领域技术人员所公知的任意硬质相颗粒。

在一个实施例中：所述硬质相颗粒包括但不限于选自碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硅化物、氧化物中的一种或几种。

在一个实施例中，所述硬质相颗粒为氮化钛、碳化铌、二硼化铌、二硅化钼、碳氮化钛、二氧化钛中的一种或几种。

在一个实施例中：所述硬质相颗粒的形貌为球形、近球形和/或多边形。本发明可适用于任意形貌的微小硬质相颗粒，制备成复合丝材后对涂层的性能无影响。

本发明还提供一种复合涂层，该复合涂层由上述方法制备而成。本发明的复合涂层中硬质相颗粒分布均匀，涂层表面形貌优异，稳定性好，不易开裂。

本发明还提供了所述复合涂层，用作基材的抗磨涂层。

在一些实施例中，所述基材选自碳钢、不锈钢、钛合金、铸钢、镍基合金中的一种或几种。

在一些实施例中，所述基材的材质选自45号碳钢、2Cr13不锈钢、304不锈钢、钛合金TC4、碳钢Q235、钛合金Ti6Al4V中的一种或几种。

在一些实施例中，所述基材选自需要制备高硬度、耐磨、耐蚀涂层的工件/产品表面。

在一些实施例中，所述工件/产品可以是矿山机械或海洋器械等设备的部件，或者五金刀剪等等。当用于刀剪时，主要通过等离子熔覆的方式在刀剪的刃口上形成熔池，然后将复合丝材熔化在熔池内形成涂覆于刀剪上的抗磨、耐蚀性涂层。

本发明还提供所述方法，或者所述复合涂层，在工件/产品的耐磨或耐腐蚀中应用。

在一些实施例中，所述工件/产品为需要制备高硬度、耐磨、耐蚀涂层的工件/产品。

在一些实施例中，所述工件/产品包括但不限于选自矿山机械或海洋器械的零部件、或五金刀剪。

在一些实施例中，所述基材选自45号碳钢，所述基础粉末材料选自3Cr13不锈钢粉末，所述基础材料(外皮)选自3Cr13不锈钢，所述硬质相颗粒选自氮化钛。

在一些实施例中，基础材料为440A不锈钢，基础粉末材料为440A不锈钢粉末；基材为2Cr13不锈钢；所述硬质相颗粒选自碳化铌。

在一些实施例中，基础材料为304不锈钢；基础粉末材料为304不锈钢粉末；基材为304不锈钢；所述硬质相颗粒选自二硼化铌。

在一些实施例中，基础材料为镍基合金Ni60；基础粉末材料为镍基合金粉末Ni60；基材为TC4钛合金；所述硬质相颗粒选自二硅化钼。

在一些实施例中，基础材料为钴基合金Co07；基础粉末材料为钴基合金粉末Co07；基材为碳钢Q235；所述硬质相颗粒选自碳氮化钛。

在一些实施例中，基础材料为钛基合金Ti6Al4V；基础粉末材料为钛基合金粉末Ti6Al4V；基材为钛基合金Ti6Al4V，所述硬质相颗粒选自二氧化钛。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下的有益效果：

(1)制备方法使得小于15μm的硬质相颗粒也可顺利进样制备，不会发生堵塞，解决了传统方法制备复合涂层时，硬质相颗粒尺寸受限的问题。这是因为本发明通过将微小硬质相颗粒与基础材料制备成复合丝材，优选基础材料作为复合丝材的外皮，微小硬质相颗粒作为复合丝材的填充物，从而可以保证硬质相颗粒的尺寸达到亚微米级别，甚至可以是纳米级别，突破了硬质相颗粒采用常规的独立送粉方法送进颗粒尺寸的极限，解决了超细硬质相颗粒送进困难的问题。另外，本发明对硬质相颗粒的形貌无要求，拓宽了硬质相颗粒的使用范围。超细的硬质相颗粒的使用还可有效解决复合涂层中硬质相颗粒分布不均匀的问题，可有效降低涂层制备过程中开裂的倾向。

(2)本发明采用同轴送粉等离子熔覆与复合丝材侧向送进的方式制备复合涂层，能够获得显微组织更加细小、稳定性更高的复合涂层。首先将基础粉末材料采用等离子熔覆工艺进行熔化，过程简单、效率高、污染少、易实现自动化，粉末利用率高，其次，采用同轴送粉的方式进行等离子熔覆在基材表面形成熔池，可为侧向送进的复合丝材提供热源，不经热源加热的复合丝材采用侧向送进的方式可以有效减少由于温度过高而造成的硬质相颗粒元素的烧损问题，另外直接送进温度较低的复合丝材有助于提高熔池的冷却速率，可以有效阻断熔池中原来呈外延生长的柱状枝晶，从而获得显微组织更加细小的复合涂层；再者，复合丝材送进熔池时，更容易精准控制送进速度以及送进量，同时还易于实现自动化。可以避免微小硬质相在惰性气体输送过程中因气压不稳定而造成的送粉量不稳定的问题。

(3)本发明的方法可以送进小于15μm的硬质相颗粒，极大地提高了所制备的复合涂层的硬度和耐磨性。在一些实施方式中，本发明的洛氏硬度平均值均高于63HRC，磨损量均小于31mg。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一个实施例的制备过程示意图；

图2A为实施例1中复合涂层的金相显微照片；

图2B为实施例1中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图3A为实施例2中复合涂层的金相显微照片；

图3B为实施例2中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图4A为实施例3中复合涂层的金相显微照片；

图4B为实施例3中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图5A为实施例4中复合涂层的金相显微照片；

图5B为实施例4中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图6A为实施例5中复合涂层的金相显微照片；

图6B为实施例5中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图7A为实施例6中复合涂层的金相显微照片；

图7B为实施例6中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图8A为对比例1中复合涂层的金相显微照片；

图8B为对比例1中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图9A为对比例2中复合涂层的金相显微照片；

图9B为对比例2中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图10A为对比例3中复合涂层的金相显微照片；

图10B为对比例3中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

图11A为对比例4中复合涂层的金相显微照片；

图11B为对比例4中复合涂层腐蚀试验后表面照片；

附图标记说明：

1、基材；2、等离子熔覆喷嘴；3、基础粉末材料；4、复合丝材；41、外皮；42、内芯；5、复合涂层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明中，所述复合丝材的制备方法为常规的复合丝材的制备方法，具体可参见专利CN100540720C；US20110171393A1；CN201610808464；CN201510185146；CN201210266651；CN201010558458；CN201010559378；CN201310373836中所记载的。

本发明中，硬度的测试方法参考：GB/T230.1—2004《金属洛氏硬度试验第1部分：试验方法》

磨损量的测试方法参考：GB/T 12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》

摩擦系数的测试方法参考：GB/T 12444-2006《金属材料磨损试验方法试环-试块滑动磨损试验》

腐蚀试验的测试方法参考：GB/T 10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备复合丝材4；

选取平均粒径为5μm的非球形氮化钛硬质相颗粒为强化相，基础材料选取3Cr13不锈钢，，以基础材料为外皮41，以硬质相颗粒为内芯42制备直径为0.5mm的复合丝材4；

S2、等离子熔覆

选取45号碳钢作为等离子熔覆的基材1，基础粉末材料3选取3Cr13不锈钢粉末，平均粒径为53μm；

设置等离子熔覆的相关参数为：离子气流为5L/min，保护气流为3L/min，基础粉末材料送粉气流量为5L/min，熔覆电流为60A，基础粉末材料送粉速度为15g/min，等离子熔覆喷嘴2下表面与基材1上表面距离为5mm，采用同轴送粉等离子熔覆的方式对基础粉末材料3进行熔覆以形成熔池，其中保护气体、离子气体、送粉气体均采用氩气；

设置复合丝材4的送进速度为300mm/min，熔覆速度为350mm/min，侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为30度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

S3、样品分析

制样、分析测试复合涂层5的洛氏硬度、耐磨损性能和耐腐蚀性能。

首先，在制备过程中，基础粉末材料3及复合丝材4可以顺利送进熔池，未出现堵粉现象。

其次，复合涂层5检测结果为：

复合涂层5无裂纹，洛氏硬度的平均值为64HRC，磨损量为30mg，摩擦系数为0.33。如图2A所示，可以清晰看到硬质相颗粒氮化钛均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒氮化钛在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图2B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。这是因为基础材料具有良好的耐腐蚀性能，同时晶粒的细化进一步提高了复合涂层5的耐腐蚀性能。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中硬质相颗粒为平均粒径是3μm的非球形碳化铌；基础材料为440A不锈钢，基础粉末材料为440A不锈钢粉末，粉末平均粒径为105μm；基材1为2Cr13不锈钢；所制备的复合丝材的直径为0.4mm，采用与实施例1相同的方法，以侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为10度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

复合涂层5样品检测结果表明，复合涂层5表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为66HRC，磨损量为28mg，摩擦系数为0.31。如图3A所示，可以清晰看到硬质相颗粒碳化铌均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒碳化铌在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图3B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中硬质相颗粒为平均粒径是0.1μm非球形的二硼化铌，基础材料为304不锈钢，基础粉末材料为304不锈钢粉末，平均粒径为80μm；基材1为304不锈钢；所制备的复合丝材的直径为0.7mm，采用与实施例1相同的方法，以侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为80度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

复合涂层5样品检测结果表明，复合涂层5表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为67HRC，磨损量为27mg，摩擦系数为0.32。如图4A所示，可以清晰看到硬质相颗粒二硼化铌均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒二硼化铌在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图4B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

实施例4

与实施例1不同的是，本实施例中硬质相颗粒为平均粒径是8μm球形的二硅化钼，基础材料为镍基合金Ni60，基础粉末材料为镍基合金粉末Ni60，平均粒径为120μm；基材1为TC4钛合金基材；所制备的复合丝材的直径为1.0mm，采用与实施例1相同的方法，以侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为45度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

复合涂层5样品检测结果表明，复合涂层5表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为64HRC，磨损量为31mg，摩擦系数为0.35。如图5A所示，可以清晰看到球形硬质相颗粒二硅化钼均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒二硅化钼在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图5B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

实施例5

与实施例1不同的是，本实施例中硬质相颗粒为平均粒径是10μm非球形的碳氮化钛，基础材料为钴基合金Co07，基础粉末材料为钴基合金粉末Co07，平均粒径为100μm；基材1为碳钢Q235；所制备的复合丝材的直径为1.5mm，采用与实施例1相同的方法，以侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为60度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

复合涂层5样品检测结果表明，复合涂层5表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为66HRC，磨损量为27mg，摩擦系数为0.31。如图6A所示，可以清晰看到硬质相颗粒碳氮化钛均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒碳氮化钛在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图6B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

实施例6

与实施例1不同的是，本实施例中硬质相颗粒为平均粒径是15μm球形的二氧化钛，基础材料为钛基合金Ti6Al4V，基础粉末材料为钛基合金粉末Ti6Al4V，平均粒径为150μm；基材1为钛基合金Ti6Al4V；所制备的复合丝材的直径为1.8mm，采用与实施例1相同的方法，以侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度为70度，将所述复合丝材4送进所述熔池内进行熔化，即可得到复合涂层5。

复合涂层5样品检测结果表明，复合涂层5表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为63HRC，磨损量为31mg，摩擦系数为0.33。如图7A所示，可以清晰看到球形硬质相颗粒二氧化钛均匀分布于复合涂层5中，微小硬质相颗粒二氧化钛在复合涂层5中起到第二相强化的作用，不仅可以提高涂层的硬度和耐磨性，对于细化晶粒尺寸也有较大作用。腐蚀试验检测结果如图7B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

实施例1-6的分析：

通过对比分析实施例1-6，硬质相颗粒为碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、碳氮化物、氧化物时均具有良好的强化效果，硬度及耐磨损性能都较高，但是本发明不仅仅局限于上述实施例列举的硬质相颗粒，凡是本领域人员所熟知的具有高硬度、高熔点、化学稳定性及热稳定性良好的硬质颗粒强化相都在本领域的保护范围。

通过对比分析实施例1-6，基础材料和基础粉末材料的材料种类可以是上述实施例提到的3Cr13、440A等马氏体不锈钢，也可以是304奥氏体不锈钢，也可以是钛合金Ti6Al4V，也可以是镍基合金Ni60，还可以是钴基合金Co07。但是本发明不仅仅局限于上述实施例所列举的可焊接性良好、且耐腐蚀的材料，凡是本领域人员所熟知的其他焊接性及耐蚀性良好，液相温度以上不与硬质相反应，能较好地润湿硬质相颗粒的表面，具有良好的物理性能和粘结效果的马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、镍基合金、钛基合金、钴基合金也再本发明的保护范围之内。

通过对比分析实施例1-6，基础粉末材料的平均粒径并无明显的限制，只要符合常规的等离子熔覆粉末粒度范围即可，保证同轴送粉过程中无堵粉现象。

通过对比分析实施例1-6，侧向丝材送进方向与等离子熔覆喷嘴2轴线之间的角度并无特殊限制，只要丝材可以顺利送进熔池，熔覆涂层形貌良好即可，一般在10-80度之间变化。

通过对比分析实施例1-6，基材1不仅仅局限于上述实施例所述的碳钢、不锈钢、钛合金，凡是有需要制备耐磨、耐蚀、高硬度涂层的工件材料都可采用本发明的方法进行涂层的制备。

通过对比分析实施例1-6，硬质相颗粒的尺寸优选的在0.1-15μm均可实现良好的强化效果，且在涂层中分布均匀。但是本发明的方法对硬质相颗粒的尺寸不仅仅局限在此范围内，大于此范围的硬质相颗粒也在本发明的保护范围之内。

通过对比分析实施例1-6，硬质相颗粒的形貌可以是规则和/或不规则形状。优选的，硬质相颗粒的形貌为球形、近球形、多边形(块状)。本发明对硬质相颗粒的形貌无特殊要求，采用常规方法制备的不同形貌的硬质相颗粒均在本发明的保护范围之内。

通过对比分析实施例1-6，由基础材料和硬质相颗粒所制备的复合丝材4的直径可以在一定范围内变化，但是本发明所述的丝材的直径并不仅仅局限于上述实施例，凡是采用现有的复合丝材制备方法制备出来的复合丝材都在本发明的保护范围之内。

对比例1

采用与实施例1相同的等离子熔覆方法及熔覆参数，在45号碳钢表面制备复合涂层5，其区别仅在于：不制备复合丝材4，基础粉末材料采用同轴送粉的方式送进熔池，硬质相颗粒采用侧轴送粉的方式送进熔池，硬质相颗粒送进气流量为2L/min，得复合涂层5。

试验过程中，虽然硬质相颗粒的送进气流量设置为2L/min，但输送硬质相颗粒的侧轴送粉管道依然出现了堵塞现象，造成试验制备的涂层内部无强化相，因此各种性能均较低，具体性能如下所示：

经检测，复合涂层5的洛氏硬度平均值为45HRC，磨损量为125mg，摩擦系数为0.91；如图8A所示，可以清晰看到在复合涂层5中无硬质相颗粒分布于基体，因此无第二相强化的作用，所以涂层的硬度、耐磨损性能都不如实施例1。腐蚀试验检测结果如图8B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

对比例2

采用与实施例1相同的方法及熔覆参数在45号碳钢表面采用等离子熔覆方法制备复合涂层5，其区别仅在于：不制备复合丝材4，基础粉末材料和硬质相颗粒分别送进熔池，即基础粉末材料采用同轴送粉送进，硬质相颗粒采用侧轴送粉送进熔池，硬质相颗粒送进气流量为8L/min，制得复合涂层5。

该实验过程中，由于该对比例中相对于对比例1来说，加大了硬质相颗粒的送进气流量，因此较细颗粒的硬质相送进时未出现堵粉现象，顺利送出侧向送粉管道，但是虽然解决了堵塞问题，却又产生了大部分超细的硬质相颗粒被吹散的问题，这些超细的硬质相颗粒无法进入由等离子束加热基础粉末材料产生的熔池内，因此制备的复合涂层5性能也受到较大影响。

经检测，复合涂层5的涂层表面无裂纹，洛氏硬度的平均值为50HRC，磨损量为110mg，摩擦系数为0.83；如图9A所示，可以清晰看到在复合涂层5中只有少量硬质相颗粒分布于基体，因此第二相强化的作用较弱，所以涂层的硬度、耐磨损性能都远不如实施例1。腐蚀试验检测结果如图9B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

对比例3

采用与实施例1相同的方法及熔覆参数在45号碳钢表面采用等离子熔覆方法制备涂层，其区别仅在于：不制备复合丝材4，基础粉末材料和硬质相颗粒通过球磨混合均匀，其中，硬质相颗粒氮化钛的含量为10％，然后采用同轴送粉等离子熔覆方法制备涂层，送粉速度为15g/min，制得复合涂层5。

该实验过程中，基础粉末材料和硬质相颗粒均能够顺利从同轴送粉管道送出，未出现堵粉现象。

经检测：复合涂层5的洛氏硬度平均值为54HRC，磨损量为95mg，摩擦系数为0.75。如图10A所示，可以清晰看到在复合涂层5中存在大量硬质相颗粒均匀分布于基体，但是由于粉末经过球磨后有一定的结构性破坏，导致原材料性能有所下降，从而导致复合涂层5的性能有所下降。另外，由于硬质相颗粒直接送入等离子热源，加热产生熔池，会造成硬质相颗粒元素的烧损，大大降低了强化效果。共同作用导致该对比例复合涂层5的性能较实施例1有所下降。腐蚀试验检测结果如图10B所示：腐蚀试验之后，样品表面无腐蚀斑点。

对比例4

采用与实施例1相同的方法及熔覆参数在45号碳钢表面采用等离子熔覆方法制备涂层5，其区别仅在于：复合丝材4的送进位置不是同轴送粉等离子熔覆产生的熔池，而是直接送进热源等离子弧，即热源等离子弧同时熔化基础粉末材料与复合丝材4，然后沉积到45号碳钢基材表面，形成复合涂层5。

实验过程中，基础粉末材料与复合丝材4能够顺利送出，无堵粉现象，复合涂层5的表面无宏观裂纹。

检测结果为：复合涂层5的洛氏硬度平均值为55HRC，磨损量为84mg，摩擦系数仅为0.71，硬质相颗粒在复合涂层5中分布均匀，如图11A所示；腐蚀试验检测结果无腐蚀斑点的出现，如图11B所示。由于复合丝材4是直接送进热源等离子弧中的，容易造成硬质相颗粒元素的烧损，强化效果较侧向送进熔池的方式差，因此该对比例中涂层性能比实施例1中涂层性能低。

实验结果分析

通过对比实施例1和实施例2可以得出，利用微小硬质相颗粒和基础材料制备复合丝材4的方法，可以有效解决超细硬质颗粒送进熔池的问题，提高硬质相颗粒在复合涂层5中的均匀性，尺寸较小的第二相强化作用获得较细的微观组织，有利于获得较高的硬度，良好的摩擦性能及耐腐蚀性能的复合涂层。

通过对比例1和对比例2的对比以及实施例1和实施例2的对比可知，超细硬质相颗粒采用侧轴送粉时，当送粉气流量较小时，容易造成送粉管堵塞；当送粉气流量较大时，容易造成较细粉末的吹散，不易被送进熔池，结果均会造成复合涂层5的性能大大下降。因此，超细硬质相颗粒不适合利用侧向送粉的方式送进熔池，而利用本发明的技术方案，即将超细硬质相颗粒和基础材料制备复合丝材4则可以有效解决细粉堵塞的问题，提高硬质相颗粒在涂层中分布的均匀性，最终提高复合涂层5的性能。

通过对比例3和实施例1的对比可知，当采用传统的球磨工艺混合超细硬质相颗粒和基础粉末材料时，球磨工艺会对原材料造成结构性破坏，进而影响复合涂层5的性能；另外，由于超细硬质相颗粒是直接送进等离子热源的，易造成硬质相颗粒元素的烧损；同时，送粉气流也会造成超细硬质相颗粒的吹散，减少了送进熔池硬质相颗粒的质量，最终导致制备涂层的性能不如实施例1中制备涂层的性能。

通过对比例4和实施例1的对比可知，当复合丝材直接送进热源等离子弧，而非等离子弧与同轴送粉产生的熔池时，复合涂层的性能会大大降低，这主要是由于强化相颗粒(硬质相颗粒)元素的烧损，造成强化效果降低。因此本发明将复合丝材直接送进熔池，不仅可以避免元素的烧损，同时，温度较低的丝材对熔池还具有冷却作用，增加熔池冷却速率，细化凝固组织。

因此，采用本发明的制备方法可以解决在制备复合涂层过程中存在硬质相颗粒尺寸受限、在涂层中分布不均匀以及微小硬质相颗粒送进困难的问题，所制成的复合涂层硬度高、耐腐蚀性能和耐磨损性能强，该复合涂层适用于各类易磨损的器械上，尤其适合于刀剪的刃口等部位。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将硬质相颗粒与基础材料制备成复合丝材，其中基础材料为外皮，硬质相颗粒为填充物；

将基础粉末材料采用同轴递送，复合丝材采用侧向送进的方式，进行等离子熔覆。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述等离子熔覆中，所述的复合丝材不经热源直接送进基础粉末材料产生的熔池内进行熔化。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合丝材的外皮与所述基础粉末材料的材质为合金。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基础材料与所述基础粉末材料的材质各自独立地选自：不锈钢、镍基合金、钴基合金、钛基合金中的一种或几种；

优选地，所述不锈钢选自：1Cr13、2Cr13、3Cr13、304、316、410、420、440、RWL34、PMC27中的一种或几种；

优选地，所述镍基合金选自Ni60、Ni60A、Ni55、IN718、IN625中的一种或几种；

优选地，所述钴基合金选自Co06、Co07、Co701、CoCrMo、CoNiCrMo中的一种或几种；

优选地，所述钛基合金选自Ti6Al4V和/或TC4；

优选地，所述基础材料与所述基础粉末材料的材质各自独立地选自3Cr13、440A、304、Ni60、Co07、Ti6Al4V中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合丝材的送进方向与所述等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为10-80度；优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为20-70度；优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为30-60度；优选地，所述复合丝材与等离子熔覆喷嘴中轴线的夹角为40-50度。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬质相颗粒的尺寸为0.1-45μm；

优选地，所述硬质相颗粒的尺寸为0.1-30μm；

优选地，所述硬质相颗粒的尺寸为0.1-15μm；

优选地，所述硬质相颗粒的尺寸为0.1-10μm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬质相颗粒为碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物、硅化物、氧化物中的一种或几种；

优选地，所述硬质相颗粒为氮化钛、碳化铌、二硼化铌、二硅化钼、碳氮化钛、二氧化钛中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬质相颗粒的形貌为规则和/或不规则形状；

优选地，所述硬质相颗粒的形貌为球形、近球形和/或多边形。

9.一种复合涂层，其特征在于，由权利要求1-8中任一项所述的方法制备而成。

10.根据权利要求9所述的复合涂层，其特征在于，用作基材的抗磨涂层；

优选地，所述基材的材质选自碳钢、不锈钢、钛合金、铸钢、镍基合金中的一种或几种；

优选地，所述基材的材质选自45号碳钢、2Cr13不锈钢、304不锈钢、钛合金TC4、碳钢Q235、钛合金Ti6Al4V中的一种或几种。

11.根据权利要求1-8任一所述方法，或者权利要求9-10任一所述复合涂层，其特征在于，在工件/产品的耐磨或耐腐蚀中应用；

优选地，所述工件/产品为需要制备高硬度、耐磨、耐蚀涂层的工件/产品；

优选地，工件/产品选自矿山机械或海洋器械的零部件、或五金刀剪。