CN113373439B - 一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法，涉及金属材料表面强化与再制造领域，耐磨复合涂层主要由耐磨铁粉和WC粉末组成，其质量组成为：90％～95％的耐磨铁粉、5％～10％的WC粉末。本发明能够使耐磨复合涂层与基体呈现良好的冶金结合，且耐磨复合涂层具有良好的致密性，无气孔与裂纹，在激光熔覆过程中反应生成的耐磨复合涂层平均显微硬度可达778HV，相比35CrMoV钢硬度提高了247％，在峰值处耐磨复合涂层(耐磨铁粉+5％WC)的磨损量为耐磨铁粉的80％左右，耐磨复合涂层(耐磨铁粉+10％WC)的磨损量为耐磨铁粉的40％左右。本发明涉及的制备工艺及生产设备都相对简单，操作方便，对环境没有污染，且使用铁基的耐磨复合涂层，价格便宜，适用于采煤机滑靴修复与维护，具有良好的经济效益。

Description

一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料表面强化与再制造领域，特别涉及一种35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法。
背景技术
采煤机工况条件多变并且恶劣，在实际工作中经常出现磨损、失效等问题，其中滑靴是采煤机系统的主要部件之一，是采煤机承载的最重要的安全部件，不仅承受采煤机自身重力垂直作用到滑靴上的压力，还受到采煤机在启动、制动时动态扭矩的作用以及在行进过程中转弯、凹凸不平、障碍物的冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变应力，是较易失效的部件，在工作中会出现断裂磨损，且因为井下条件的限制，拆装和更换滑靴时很困难且工作量大，不容易操作，因此，选择合适的材料或者适当的工艺使滑靴既能够满足现实工况的强度要求，又能够在剧烈的磨损条件下保持高的耐磨性，是实现采煤机高效运作的重要途径。
国内目前提高滑靴耐磨性的措施主要是堆焊耐磨层及激光熔覆技术等。因堆焊后表面粗糙度较大，需进一步的进行车铣加工，且堆焊层硬度达到58HRC左右，对刀具的损坏较大，因而既浪费工时又增加成本，激光熔覆技术是近些年发展起来的表面处理技术,因其熔覆层与基材的冶金性结合强度较高,而得到越来越广泛的应用。激光熔覆技术的优势在于节约昂贵的、具有战略价值的合金元素，细化晶粒、提高合金元素的固溶度、微观结构均匀化和改善铸造零件的成分偏析，甚至形成非平衡相和非晶态等，降低成本、减少资源消耗与环境污染。
综上所述，考虑经济和社会效益的基础上选用激光熔覆技术对采煤机滑靴表面进行处理，提高其耐磨性，延长其使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现在采煤机的滑靴耐磨性问题，提出一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法，用于提高采煤机的滑靴耐磨性问题。
一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法，包括以下步骤：
步骤一、基体预处理：对加工好的35CrMoV钢基体表面除锈，用砂纸打磨，得到平整光洁的表面；
步骤二、耐磨复合涂层粉末制备：将耐磨复合涂层粉末按比例均匀混合，耐磨复合涂层粉末由耐磨铁粉和WC粉末组成，其质量分数为90％～95％的耐磨铁粉、5％～10％的WC粉末；先将质量分数为90％～95％的200目的耐磨铁粉末、质量分数5％～10％的200目的WC粉末在混粉机内均匀混合2-3小时，制备成耐磨复合涂层粉末。
步骤三、激光熔覆耐磨复合涂层制备：采用预置送粉方式，将制备好的耐磨复合涂层粉末预置在35CrMoV钢基体表面，然后在压缩空气保护下进行激光熔覆，耐磨复合涂层粉末在激光熔覆过程中反应生成耐磨复合涂层。
进一步地，所述耐磨铁粉的化学成分及质量分数为：71.35％的Fe、17.45％的Cr、3.87％的Ni、3.43％O、2.53％C、1.37％Si。
进一步地，所述WC粉末为碳化钨粉末，所述WC粉末由钨在钢中形成碳化物，溶入铁中形成固溶体。
进一步地，所述的激光熔覆工艺参数为：型号为DLS-3000C激光熔覆平台，激光功率2500W，光斑直径3mm，正离焦量15mm，熔覆速度为16mm/s，搭接率0.5，使用压缩空气进行保护。
进一步地，基于以上所述的方法制备得到的35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层。
进一步地，所形成耐磨复合涂层与基体间呈良好的冶金结合，涂层组织致密，无气孔、裂纹。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明中，能够使耐磨复合涂层与基体呈现良好的冶金结合，并且涂层具有良好地致密性，无气孔与裂纹。
2.本发明中，在激光熔覆过程中反应生成的耐磨复合涂层平均显微硬度可达778HV，相比35CrMoV钢硬度的提高了247％，在峰值处耐磨复合涂层(耐磨铁粉+5％WC)的磨损量为耐磨铁粉的80％左右，耐磨复合涂层(耐磨铁粉+10％WC)的磨损量为耐磨铁粉的40％左右。
3.本发明中，涉及的制备工艺及生产设备都相对简单，且操作方便，对环境没有污染，并且使用铁基的耐磨复合涂层，价格便宜，适用于采煤机滑靴的修复与维护，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明耐磨复合涂层(95％耐磨铁粉+5％WC)材料组织SEM图；
图2为本发明耐磨复合涂层(90％耐磨铁粉+10％WC)材料组织SEM图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法，包括以下步骤：
步骤一、基体预处理：对加工好的35CrMoV钢基体做预处理，得到平整光洁的表面，以保证其基体与熔覆粉末有较好的冶金结合性。
激光熔覆前先用90目的砂纸，打磨掉基体板材料表面的氧化层；
用脱脂棉蘸工业无水乙醇(酒精含量＞97.7％)，擦拭干净；
对35CrMoV钢基体板进行预热处理，避免其因为温度突然升高而产生裂纹或破裂。
步骤二、耐磨复合涂层粉末制备：用精度为0.01g的电子天平称量耐磨铁粉和WC铁粉，其中耐磨铁粉的质量分数为95％，WC粉末的质量分数为5％，天平型号为BSM220.3，最大称重：220g，最小称重：20mg，检定分度值：10mg，实际分度值：1mg；
将质量分数为95％的200目的耐磨铁粉末与质量分数5％的WC粉末在混粉机内均匀混合2-3小时，制备成耐磨复合涂层粉末。
激光熔覆前，对耐磨复合涂层粉末干燥处理，预处理为温度120℃、时间为40min。
步骤三、激光熔覆耐磨复合涂层制备：采用预置送粉方式，将制备好的耐磨复合涂层粉末预置在35CrMoV钢基体表面，采用的试验设备为型号DLS-3000C激光熔覆平台，激光功率2500W，光斑直径3mm，正离焦量15mm，熔覆速度为16mm/s，搭接率0.5，使用压缩空气进行保护，耐磨复合涂层粉末在激光熔覆过程中反应生成耐磨复合涂层。
实施例2
一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层及制备方法，包括以下步骤：
步骤一、基体预处理：对加工好的35CrMoV钢基体做预处理，得到平整光洁的表面，以保证其基体与熔覆粉末有较好的冶金结合性；
激光熔覆前先用90目的砂纸，打磨掉基体板材料表面的氧化层；
用脱脂棉蘸工业无水乙醇(酒精含量＞97.7％)，擦拭干净。
对35CrMoV钢基体板进行预热处理，避免其因为温度突然升高而产生裂纹或破裂。
步骤二、耐磨复合涂层粉末制备：用精度为0.01g的电子天平称量耐磨铁粉和WC铁粉，其中耐磨铁粉的质量分数为90％，WC粉末的质量分数为10％，天平型号为BSM220.3，最大称重：220g，最小称重：20mg，检定分度值：10mg，实际分度值：1mg；
将质量分数为90％的200目的耐磨铁粉末与质量分数10％的WC粉末在混粉机内均匀混合2-3小时，制备成耐磨复合涂层粉末；
激光熔覆前，对耐磨复合涂层粉末干燥处理，预处理为温度120℃、时间为40min。
步骤三、激光熔覆耐磨复合涂层制备：采用预置送粉方式，将制备好的耐磨复合涂层粉末预置在35CrMoV钢基体表面，采用的试验设备为型号DLS-3000C激光熔覆平台，激光功率2500W，光斑直径3mm，正离焦量15mm，熔覆速度为16mm/s，搭接率0.5，使用压缩空气进行保护，耐磨复合涂层粉末在激光熔覆过程中反应生成耐磨复合涂层。
本发明能够使熔覆层与基体呈现良好的结合性，并且耐磨复合涂层无气孔与裂纹，在激光熔覆过程中反应生成的耐磨复合涂层平均显微硬度可达778HV，相比35CrMoV钢硬度的提高了247％，在峰值处耐磨复合涂层(耐磨铁粉+5％WC)的磨损量为耐磨铁粉的80％左右，耐磨复合涂层(耐磨铁粉+10％WC)的磨损量为耐磨铁粉的40％左右。
本发明涉及的制备工艺及生产设备都相对简单，且操作方便，对环境没有污染，并且使用铁基的耐磨复合涂层，价格便宜，适用于采煤机滑靴的修复与维护，具有良好的经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、基体预处理：对加工好的35CrMoV钢表面除锈，用砂纸打磨，得到平整光洁的表面；
步骤二、耐磨复合涂层粉末制备：将耐磨复合涂层粉末按比例均匀混合，耐磨复合涂层粉末由耐磨铁粉和WC粉末组成，其质量分数为90％～95％的耐磨铁粉、5％～10％的WC粉末；所述耐磨铁粉的化学成分及质量分数为：71.35％的Fe、17.45％的Cr、3.87％的Ni、3.43％O、2.53％C、1.37％Si；先将质量分数为90％～95％的200目的耐磨铁粉末、质量分数为5％～10％的WC粉末在混粉机内均匀混合2-3小时，制备成耐磨复合涂层粉末；
步骤三、激光熔覆耐磨复合涂层制备：采用预置送粉方式，将制备好的耐磨复合涂层粉末预置在35CrMoV钢基体表面，然后在压缩空气保护下进行激光熔覆，耐磨复合涂层粉末在激光熔覆过程中反应生成耐磨复合涂层。
2.根据照权利要求1所述的一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述WC粉末为碳化钨粉末，所述WC粉末由钨在钢中形成碳化物，溶入铁中形成固溶体。
3.根据权利要求1所述的一种提高35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层的制备方法，其特征在于：所述的激光熔覆工艺参数为：激光功率2500W，光斑直径3mm，正离焦量15mm，熔覆速度为16mm/s，搭接率0.5，使用压缩空气进行保护。
4.基于权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层。
5.根据权利要求4所述的35CrMoV钢表面耐磨性的复合涂层，其特征在于：所述耐磨复合涂层与基体间呈现良好的冶金结合。
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