CN115704096A - 一种用于轴套表面的梯度涂层及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轴套表面的梯度涂层，其由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面；所述梯度涂层在厚度方向上自所述轴套基体表面向外依次包括：交界层、过渡层和面层。此外，本发明还公开了上述梯度涂层的制造方法，其包括步骤：(1)采用316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末分别制得形成交界层、过渡层和面层各层的混合粉末；(2)采用激光器在轴套表面逐层熔覆混合粉末，以依次形成交界层、过渡层和面层。

Description

一种用于轴套表面的梯度涂层及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种表面处理材料及其制造方法，尤其涉及一种梯度涂层及其制造方法。

背景技术

热镀锌工艺是目前世界上钢铁防腐蚀工艺中性价比最高、经济性最好、应用最广泛的工艺之一。近年来，随着我国汽车交通、建材、电力以及装备制造等行业的快速发展，诸多行业对于钢材的防腐蚀工艺提出了更高的要求，其在一定程度上也极大地推动了热镀锌工艺的升级换代。

在带钢连续热镀锌生产时，钢带通过锌锅辊进出锌液，待其冷却即在钢带表面形成镀锌层。锌锅辊轴套是带钢热镀锌生产过程中的一个重要消耗部件，它们浸没在温度为460±5℃的锌液中，在旋转磨损和锌液腐蚀的共同作用下，轴套极易产生磨损和腐蚀从而失效，严重影响使用寿命。

目前，国内外常用的轴套材质为超合金，其制造成本高且寿命依然较短，难以广泛的应用，因此急需一种金属表面强化工艺，以提高轴套的耐磨性和耐腐蚀性，这对于降低生产成本，提高经济效益，实现绿色制造具有十分重要的意义。

近年来，激光熔覆技术受到了越来越多的关注，激光熔覆技术是一种先进的表面强化技术，其可以显著提高样件的表面性能，激光熔覆技术的原理是采用高能激光束将特定配方的粉末融化覆盖在样件表面，形成组织致密、与基体材料形成冶金结合的涂层。激光熔覆技术具有快热快冷、基体热影响区小以及节省材料等特点，其广泛应用于零件的直接制造和失效零件的再修复过程中。

传统的锌锅辊轴套常用材料为316L不锈钢、Co基合金钢等，采用铸造、车削等机械加工方式加工而成。为了提高轴套的硬度和耐磨耐腐蚀性，通常向材料中添加W、Mo等元素，但随着W、Mo等元素含量的增加机械加工的难度大大增加。而采用激光熔覆技术则可大大降低制造难度和节约制造成本，选用普通316L不锈钢轴套作为基体，在其表面制备激光熔覆梯度涂层，实现在较为便宜的基体表面制备出具有高性能、高价值的涂层，提高经济性。

传统的材料设计倾向于物料混合均匀，以达到材料各部分具有同样的性能，但是在某些特殊情况下，当材料经受突然的温度变化和热循环时，复合材料内部的各组分之间由于物理性能之间的差异较大，会导致高应力在各组分界面上产生，甚至会导致材料内部破裂或产生剥落。因此，已有学者提出梯度功能材料(FGM)这一材料科学中的全新概念，梯度功能材料是指材料按照一定的曲线分布情况呈现的梯度渐变而不是突然之间无序的产生变化。

基于此，为了保护轴套，针对轴套使用过程中出现的磨损量大、耐腐蚀性差、寿命短的问题，本发明采用了全新的设计理念，以期望获得一种全新的激光熔覆梯度涂层，其采用激光熔覆技术，可以在轴套表面制备耐磨损、耐腐蚀的梯度涂层，该梯度涂层由不同特点的粉末材料按照一定的梯度涉及分布在轴套表面制得，获得的梯度涂层能够同时满足耐热、耐磨、耐腐蚀的不同要求，可以起到防护强化的作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于轴套表面的梯度涂层，该梯度涂层通过合理的成分设计，不仅可以获得良好的耐磨性能，还能经受高温镀锌液的腐蚀。该梯度涂层可以适用于带钢连续热镀锌生产线中，其可以涂覆在轴套的表面，从而起到防护强化及再制造修复的作用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于轴套表面的梯度涂层，其由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面；所述梯度涂层在厚度方向上自所述轴套基体表面向外依次包括：交界层、过渡层和面层。

在本发明的上述技术方案中，本发明提供了一种用于轴套表面的梯度涂层，该梯度涂层能够用于直接涂覆在轴套表面或者修复失效的轴套。

在本发明中，本发明所述的梯度涂层由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面形成。其中，316L不锈钢粉末和Co基粉末均为复合粉末；316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末的粒度均可以控制在50-150μm之间，以确保粉末的流动性，进而适合同步送粉。

需要说明的是，在本发明中，轴套基体材质可以选用为316L不锈钢，向合金粉末中添加316L不锈钢粉末可以起到过渡作用，其具有增加结合强度的功能；同时，316L不锈钢本身也具有非常好的耐锌液腐蚀性能，在梯度涂层中添加适量的316L不锈钢粉末，可以确保梯度涂层的抗腐蚀性能。

相应地，在本发明所述的梯度涂层中，添加Co基粉末是因为Co基粉末(Stellite20)以钴作为主要成分，且含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧、铁等合金元素，其具备较优的高温耐磨、耐腐蚀和耐高温氧化性能。

此外，在本发明中，WC粉末可以作为主要的硬质颗粒；Al₂O₃粉末可以作为第二相增韧颗粒；稀土氧化物La₂O₃可以作为晶粒长大抑制剂。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层中，其呈四层结构，所述过渡层包括第一过渡层和第二过渡层，所述第一过渡层紧邻交界层。

在本发明所述的梯度涂层中，若直接采用高硬度涂层涂覆在轴套表面基体上，轴套在服役状况下，其基体与涂层之间因为物理性能差异较大，会导致高应力在各组分界面上产生，甚至会导致涂层内部破裂或剥落产生。因此，在本发明中，需要设计呈现力学性能渐变的梯度涂层，以满足使用需求。

在本发明中，本发明所述梯度涂层的层数设计，是根据轴套使用力学性能要求设定的，在某些实施方式下，设置四层结构的梯度涂层即可达到力学性能目标，其过渡层可以包括第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层紧邻交界层。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层中，所述交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层各层的厚度均为0.9-1.1mm。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层中，所述第二过渡层中具有弥散分布的(CoCrW)₆C型碳化物。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层中，(CoCrW)₆C型碳化物在第二过渡层中的质量百分含量为2-4％。

相应地，本发明的又一目的在于提供一种上述梯度涂层的制造方法，该制造方法操作简单，效果优异，其能够用于直接制造全新的轴套表面梯度涂层或者修复失效的轴套，可以节省时间成本，具有较高的经济效益。采用该方法制得的梯度涂层具有良好的耐磨性能，且能经受高温镀锌液的腐蚀，可以起到防护强化的作用。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的梯度涂层的制造方法，包括步骤：

(1)采用316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末分别制得形成交界层、过渡层和面层各层的混合粉末；

(2)采用激光器在轴套表面逐层熔覆混合粉末，以依次形成交界层、过渡层和面层。

在本发明所述的热轧钢带的制造方法中，在采用激光器进行激光熔覆之前，可以将轴套表面先进行打磨和加工，并用丙酮擦拭去除油污，而后再采用激光器进行激光熔覆。

在本发明中，可以采用同步送粉方式，将选用的激光熔覆粉末放入送粉器，并进行烘干2-8h，保护气和送粉器均采用氩气或氮气；激光器可以采用为碟片式激光器，功率可以为5000-10000W，机械手可以采用为机器人，熔覆头的准直可以为150mm，聚焦可以为300mm，根据每一层不同的粉末配方，采用变参数操作进行激光熔覆焊接。

进一步地，在本发明所述梯度涂层的制造方法中，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层、面层的顺序，形成各层的316L不锈钢粉末的质量百分配比逐渐减少，形成各层的Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末和La₂O₃粉末的质量百分配比逐渐增大。

在本发明上述的技术方案中，交界层的力学性能需要尽量与轴套316L不锈钢的基体相近，因此交界层的316L不锈钢粉末的质量百分配比可以处于较高水平，而Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末和La₂O₃粉末的质量百分配比可以处于较低水平。

相应地，本发明所述的第一过渡层和第二过渡层，可以认为316L不锈钢粉末、Co基粉末合金共同作为粘结相，其包覆着硬质颗粒WC，而Al₂O₃、La₂O₃的分别作为第二相增韧颗粒和晶粒抑制剂，起到弥散强化、细化颗粒、增加第一和第二过渡层基体耐磨性的作用；另外，第一和第二过渡层基体中还存在合金碳化物，主要的碳化物是MC﹑M₂₃C₆和M₆C，在激光熔覆下的微熔池中析出，M₂₃C₆是缓慢冷却时在晶界和枝晶间析出，细小弥散的碳化物具有良好的强化作用；当细小的碳化物分布在晶界上时，可以阻止晶界滑移，改善第一和第二过渡层基体强度；研究表明，在第二过渡层中，第二过渡层中形成弥散分布的(CoCrW)₆C型碳化物，其含量约为2-4wt.％。

在本发明中，面层需要直接与轴套表面接触，其属于整个涂层最关键部位，其各项力学性能指标达到最佳值；此时，面层的316L不锈钢粉末的质量百分配比可以处于较低水平，Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末和La₂O₃粉末的质量百分比可以处于较高水平。

进一步地，在本发明所述梯度涂层的制造方法中，形成所述交界层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：60-65％；

Co基粉末：20-25％；

WC粉末：5-10％；

Al₂O₃粉末：3-5％；

La₂O₃粉末：0.1-0.5％。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，形成第一过渡层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：45-60％；

Co基粉末：25-35％；

WC粉末：10-15％；

Al₂O₃粉末：5-10％；

La₂O₃粉末：0.5-1％。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，形成第二过渡层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：30-55％；

Co基粉末：30-35％；

WC粉末：10-20％；

Al₂O₃粉末：6-15％；

La₂O₃粉末：0.5-1％。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，形成所述面层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：15-30％；

Co基粉末：35-40％；

WC粉末：15-30％；

Al₂O₃粉末：10-14％；

La₂O₃粉末：1-1.5％。

在本发明的上述技术方案中，在某些优选的实施方式中，面层中的具有高耐磨、高腐蚀性能的Co基粉末的质量百分配比可以增加至35-40wt.％，研究结果表明，在控制Co基粉末满足该含量范围时，激光熔覆形成的梯度涂层具有最佳的硬度、强韧性、耐磨性、高腐蚀性能和性价比。

在本发明所述的梯度涂层的面层中，316L不锈钢粉末的含量设计是结合Co基合金含量，并综合考虑基体中Cr、Ni、Mo等合金元素的含量。面层中合金元素设计原理为：

Cr：在本发明中，Cr一方面作为合金粘结相，对WC具有粘结作用，也可与Ni元素固溶，强化基体，提高基体强韧性和耐蚀性。Cr在粘结剂中的固溶度越高，碳势高，Cr在粘结剂中固溶度越低。当Cr含量不足时，则不能满足其对耐蚀性的要求；当Cr含量过高时，过多的Cr会使涂层硬度变高，易形成脆性剥落和微裂纹。

Ni：在本发明中，钴基高温合金由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。钴晶体在417℃以下是密排六方(hcp)晶体结构，在更高温度下转变为fcc。添加适量的Ni元素，可以实现Co基体的合金化，从而抑制钴晶体的上述相转变，达到稳定基体组织的目的；另外，合适Ni含量的加入还可以提高碳化物形成元素在基体中的溶解度，起到强化基体，提高耐磨性的目的。

Mo：在本发明中，轴套在服役状况下，其表面承受接触应力或冲击应力，表面磨损随位错流动和接触表面的互相作用特征而定。激光熔覆层以钴基合金为基体，具有较低的层错能，基体组织在应力作用、高温影响下可能由面心立方转变为六方密排晶体，六方密排晶体结构具有最优的耐磨性。然而涂层与基体之间热膨胀系数的差异，是导致涂层剥落的重要原因。Mo含量的增加，降低涂层基体堆垛层错能和扩散系数，减慢Cr等高温扩散速度，加强固溶体中原子结合力及减慢软化速度，使基体在高温的使用环境中能保持稳定，不发生较大的热变形，提高热稳定性。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，所述316L不锈钢粉末的成分质量百分配比为：

0＜C≤0.030％；

0＜Si≤1.00％；

0＜Mn≤2.00％；

S≤0.030％；

P≤0.045％；

Cr：16.00～18.00％；

Ni：10.00～14.00％；

Mo：2.00～3.00％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，所述Co基粉末中含有质量百分含量大于39％的Co，此外还含有C、Cr、W、Ni、Mo、Fe和Si。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，所述交界层、第一过渡层和第二过渡层的形成采用搭接熔覆工艺，所述面层的形成采用螺旋熔覆工艺。

在本发明的上述技术方案中，考虑到轴套在服役过程中，与轴瓦接触摩擦磨损时，会产生磨削，同时，在锌液的工作环境中，轴套与轴瓦之间也常常有锌液、锌渣出现，因此设置于最外层的面层可以被设计为非搭接式，即面层可以采用螺旋熔覆工艺。

在面层的螺旋熔覆工艺中，每道熔覆层间隔可以设置为5-10mm，螺旋角度可以为60-90°，其有利于轴套在服役过程中，磨削、锌渣、锌液的排出，净化工作环境，以免磨削、锌渣等进入轴套、轴瓦，形成磨粒磨损，从而加剧轴套的磨损。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，搭接熔覆所述交界层的搭接率为30-50％；搭接熔覆所述第一过渡层的搭接率为30-50％；搭接熔覆所述第二过渡层的搭接率为30-50％。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在面层的螺旋熔覆工艺中，控制每道熔覆层的间隔为5-10mm，螺旋角度为60-90°。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在各层的熔覆过程中，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层的顺序，各层的送粉速度逐渐减小，激光扫描速度和激光功率逐渐增大。

在本发明上述技术方案中，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层的顺序，各层粉末成分的变化可知，随着WC、Al₂O₃等高熔点合金的含量逐渐增加，为了确保合金完全熔融、保证冶金结合质量，采取了降低送粉速度，以达到单位时间减少送粉量的目的；同时增大激光功率，可以提供单位面积更大的能量，进而可以保证熔覆质量；由于激光功率的增大，熔覆过程中向基体输入的热量逐渐增大，因此需增大激光扫描速度，以免增大熔池和热影响区，劣化结合层质量。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在形成交界层时，控制混合粉末的送粉速度为1.0-2.0r/min，激光扫描速度为5-10mm/s，激光功率为1800-1900W。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在形成第一过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.8-1.5r/min，激光扫描速度为8-14mm/s，激光功率为1900-2000W。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.5-1.3r/min，激光扫描速度为10-15mm/s，激光功率为2000-2100W。

进一步地，在本发明所述的梯度涂层的制造方法中，在步骤(2)中，在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.3-1r/min，激光扫描速度为12-15mm/s，激光功率为2100-2200W。

本发明所述的用于轴套表面的梯度涂层及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的用于轴套表面的梯度涂层通过合理的成分设计，不仅可以获得良好的耐磨性能，还能经受高温镀锌液的腐蚀。该梯度涂层可以适用于带钢连续热镀锌生产线中，其可以涂覆在轴套的表面，从而起到防护强化及再制造修复的作用。

相较于现有技术，本发明的特点是利用激光熔覆技术并结合采用了全新的涂层设计理念，以在轴套表面制备具有不同粉末配比的梯度涂层，该梯度涂层具有硬度高、耐磨以及耐腐蚀的特点，改善了轴套的性能，提高了轴套的使用寿命，降低了轴套的加工成本，其实用性高，操作简单，具有较高的经济效益。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的梯度涂层的四层结构。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于轴套表面的梯度涂层及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-6

在本发明中，实施例1-6的梯度涂层均由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面；实施例1-6的梯度涂层在厚度方向上自轴套基体表面向外依次包括：交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层。

表1-1、表1-2、表1-3、表1-4、表1-5和表1-6分别列出了实施例1-6的梯度涂层中四层涂层的粉末质量百分配比。

表1-1.(实施例1)

表1-2.(实施例2)

表1-3.(实施例3)

表1-4.(实施例4)

表1-5.(实施例5)

表1-6.(实施例6)

在本发明中，实施例1-6的梯度涂层均采用以下步骤制得：

(1)采用316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末分别制得形成交界层、过渡层和面层各层的混合粉末。

(2)按上述表1-1至表1-6所示各实施例的梯度涂层中四层涂层的粉末质量百分配比，采用激光器在轴套表面逐层熔覆混合粉末，以依次形成交界层、过渡层和面层。其中，交界层、第一过渡层和第二过渡层的形成采用搭接熔覆工艺，面层的形成采用螺旋熔覆工艺。

在本发明中，可以将轴套表面先进行打磨和加工，并用丙酮擦拭去除油污；然后采用同步送粉方式，将选用的激光熔覆粉末放入送粉器，烘干2-8h，保护气和送粉器均采用氩气或氮气；激光器可以采用为TRUMPF碟片式激光器，功率可以为5000-10000W，机械手可以采用为KUKA机器人，熔覆头的准直可以为150mm，聚焦可以为300mm，根据每一层不同的粉末配方，采用变参数操作进行激光熔覆焊接，并控制每一层涂层的厚度都为0.925-1.025mm，每一层涂层熔覆完毕之后，熔覆头向上提升0.925-1.025mm，继续下一层熔覆，直至四层涂层制备完毕。

在四层涂层制备完毕之后，为了保证轴套的尺寸精度，可以采用机加工方式将第四层的面层车削一定的厚度，进而可以保证最终获得的梯度涂层的总厚度为3.6mm。

在熔覆焊接过程中，可以控制搭接熔覆交界层的搭接率为30-50％；搭接熔覆第一过渡层的搭接率为30-50％；搭接熔覆第二过渡层的搭接率为30-50％；在面层的螺旋熔覆工艺中，采用螺旋熔覆工艺，控制每道熔覆层的间隔为5-10mm，螺旋角度为60-90°。

在各层的熔覆过程中，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层的顺序，各层的送粉速度逐渐减小，激光扫描速度和激光功率逐渐增大。在形成交界层时，控制混合粉末的送粉速度为1.0-2.0r/min，激光扫描速度为5-10mm/s，激光功率为1800-1900W；在形成第一过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.8-1.5r/min，激光扫描速度为8-14mm/s，激光功率为1900-2000W；在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.5-1.3r/min，激光扫描速度为10-15mm/s，激光功率为2000-2100W；在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.3-1r/min，激光扫描速度为12-15mm/s，激光功率为2100-2200W。

在本发明中，实施例1-6的梯度涂层的化学成分和相关工艺参数均满足本发明设计规范控制要求。

需要说明的是，在本发明上述步骤(1)中，所采用的316L不锈钢粉末和Co基粉末均为复合粉末，实施例1-6所采用的316L不锈钢粉末的成分质量百分配比可以参阅下述表2；实施例1-6所采用的的Co基粉末的成分质量百分配比可以参阅下述表3。

表2列出了实施例1-6的梯度涂层所采用的316L不锈钢粉末的成分质量百分配比。

表2.(wt.％，余量为Fe和其他不可避免的杂质)

表3列出了实施例1-6的梯度涂层所采用的Co基粉末的成分质量百分配比。

表3.(wt.％，余量为Co和其它不可避免的杂质元素，其中Co大于39wt％)

相应地，本发明将制备实施例1-6的梯度涂层的具体工艺参数列于下述表4-1、表4-2、表4-3、表4-4、表4-5和表4-6中。

表4-1、表4-2、表4-3、表4-4、表4-5和表4-6分别列出了实施例1-6的梯度涂层在上述制造方法中的具体工艺参数。

表4-1.(实施例1)

表4-2.(实施例2)

表4-3.(实施例3)

表4-4.(实施例4)

表4-5.(实施例5)

表4-6.(实施例6)

结合上述表4-1至表4-6可以看出，在本发明中，实施例1-6的梯度涂层在制造过程中，在各层的熔覆过程时，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层的顺序，各层的送粉速度逐渐减小，激光扫描速度和激光功率逐渐增大。

相应地，在本发明中，熔覆工艺的设计，是根据成分体系、界面结合质量、力学性能需求而设计的。进一步参阅上述表4-1至表4-6可以看出，送粉速度稍微减小，扫描速度和激光功率逐渐增大；由表1-1至表1-6中各层粉末成分的变化可知，随着WC、Al₂O₃等高熔点合金的含量逐渐增加，为了确保合金完全熔融、保证冶金结合质量，采取了降低送粉速度，达到单位时间减少送粉量的目的；同时增大激光功率，即提供单位面积更大的能量，保证熔覆质量；由于激光功率的增大，熔覆过程中向基体输入的热量逐渐增大，因此需增大扫描速度，以免增大熔池和热影响区，劣化结合层质量。

此外，为了进一步的分析实施例1-6的梯度涂层，可以对实施例1-6的梯度涂层分别采样并进行观察和分析。经过观察分析可以得到，在实施例1-6的梯度涂层的第二过渡层中，均具有弥散分布的(CoCrW)₆C型碳化物，且(CoCrW)₆C型碳化物在二过渡层中的质量百分含量为2-4％。

为了进一步地确认熔覆了本发明所述梯度涂层的轴套性能是否有提升，可以将制得的具有实施例1-6的梯度涂层的轴套进行上机使用测试，并将原材质的轴套作为对比例1同样进行上机使用测试，对实施例与对比例轴套的单次上机时间进行对比，实施例与对比例轴套单次上机使用时间如表5所示。

表5列出了实施例1-6和对比例1轴套的单次上机时间。

表5.

由上述表5可以看出，具有实施例1-6的梯度涂层的轴套相较于对比例1的轴套单次上机使用时间更长。因此，本发明所述的梯度涂层可以明显改善轴套的性能，提高轴套的使用寿命，其可以降低轴套的加工成本，实用性高，操作简单，具有较高的经济效益。

图1示意性地显示了本发明所述的梯度涂层的四层结构。

如图1所示，在本发明中，本发明所述的梯度涂层具有四层结构，其中第1层涂层可以为交接层，第2层涂层和第3层涂层可以分别为第一过渡层和第二过渡层，第一过渡层紧邻交界层，第4层涂层可以为实际服役的面层。

综上所述可以看出，本发明所述的用于轴套表面的梯度涂层通过合理的成分设计，不仅可以获得良好的耐磨性能，还能经受高温镀锌液的腐蚀。该梯度涂层可以适用于带钢连续热镀锌生产线中，其可以涂覆在轴套的表面，从而起到防护强化及再制造修复的作用，具有较高的经济效益。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

另外，需要注意的是，以上所列举实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种用于轴套表面的梯度涂层，其特征在于，其由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面；所述梯度涂层在厚度方向上自所述轴套基体表面向外依次包括：交界层、过渡层和面层。

2.如权利要求1所述的梯度涂层，其特征在于，其呈四层结构，所述过渡层包括第一过渡层和第二过渡层，所述第一过渡层紧邻交界层。

3.如权利要求2所述的梯度涂层，其特征在于，所述交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层各层的厚度均为0.9-1.1mm。

4.如权利要求2所述的梯度涂层，其特征在于，所述第二过渡层中具有弥散分布的(CoCrW)₆C型碳化物。

5.如权利要求4所述的梯度涂层，其特征在于，(CoCrW)₆C型碳化物在第二过渡层中的质量百分含量为2-4％。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的梯度涂层的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)采用316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末分别制得形成交界层、过渡层和面层各层的混合粉末；

(2)采用激光器在轴套表面逐层熔覆混合粉末，以依次形成交界层、过渡层和面层。

7.如权利要求6所述的梯度涂层，其特征在于，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层、面层的顺序，形成各层的316L不锈钢粉末的质量百分配比逐渐减少，形成各层的Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末和La₂O₃粉末的质量百分配比逐渐增大。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，形成所述交界层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：60-65％；

Co基粉末：20-25％；

WC粉末：5-10％；

Al₂O₃粉末：3-5％；

La₂O₃粉末：0.1-0.5％。

9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，形成第一过渡层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：45-60％；

Co基粉末：25-35％；

WC粉末：10-15％；

Al₂O₃粉末：5-10％；

La₂O₃粉末：0.5-1％。

10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，形成第二过渡层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：30-55％；

Co基粉末：30-35％；

WC粉末：10-20％；

Al₂O₃粉末：6-15％；

La₂O₃粉末：0.5-1％。

11.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，形成所述面层的各粉末的质量百分配比为：

316L不锈钢粉末：15-30％；

Co基粉末：35-40％；

WC粉末：15-30％；

Al₂O₃粉末：10-14％；

La₂O₃粉末：1-1.5％。

12.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述316L不锈钢粉末的成分质量百分配比为：

0＜C≤0.030％；

0＜Si≤1.00％；

0＜Mn≤2.00％；

S≤0.030％；

P≤0.045％；

Cr：16.00～18.00％；

Ni：10.00～14.00％；

Mo：2.00～3.00％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

13.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述Co基粉末中含有质量百分含量大于39％的Co，此外还含有C、Cr、W、Ni、Mo、Fe和Si。

14.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述交界层、第一过渡层和第二过渡层的形成采用搭接熔覆工艺，所述面层的形成采用螺旋熔覆工艺。

15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，搭接熔覆所述交界层的搭接率为30-50％；搭接熔覆所述第一过渡层的搭接率为30-50％；搭接熔覆所述第二过渡层的搭接率为30-50％。

16.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在面层的螺旋熔覆工艺中，控制每道熔覆层的间隔为5-10mm，螺旋角度为60-90°。

17.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在各层的熔覆过程中，按照交界层、第一过渡层、第二过渡层和面层的顺序，各层的送粉速度逐渐减小，激光扫描速度和激光功率逐渐增大。

18.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在形成交界层时，控制混合粉末的送粉速度为1.0-2.0r/min，激光扫描速度为5-10mm/s，激光功率为1800-1900W。

19.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在形成第一过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.8-1.5r/min，激光扫描速度为8-14mm/s，激光功率为1900-2000W。

20.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.5-1.3r/min，激光扫描速度为10-15mm/s，激光功率为2000-2100W。

21.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在形成第二过渡层时，控制混合粉末的送粉速度为0.3-1r/min，激光扫描速度为12-15mm/s，激光功率为2100-2200W。

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