CN116479418A - 一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层及其制备方法。该方法的复合涂层中添加CeO2对钢材组织及性能进行改善，进而提高复合涂层的耐磨性能与耐蚀性能，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体来说涉及一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层及其制备方法。
背景技术
耐磨涂层是具有高硬度、高韧性的一种无机涂层，同时表面致密，具有优异的耐腐蚀性。广泛应用于石油化学工业、航空工业、机械工业中轴套、发动机叶片、齿轮传动装置、刀具、模具等零部件的表面防蚀和抗磨损。
激光熔覆作为一种表面处理技术，是通过高能激光的作用将熔覆材料沉积在基板表面上。激光熔覆通常采用铁基、镍基或钴基粉末作为的熔覆材料，所制备的涂层具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性。采用激光熔覆法制备耐磨涂层可显著提高零件表面质量，但很难避免形成诸如裂纹和孔洞之类的结构缺陷。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，该方法的复合涂层中该复合涂层中添加CeO2对钢材组织及性能进行改善，进而提高复合涂层的耐磨性能与耐蚀性能，延长使用寿命。
本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将基础材料和强化材料混合均匀，得到混合粉末，其中，按质量份数计，所述基础材料和强化材料的比为9：1，所述基础材料为Co基合金粉末，所述强化材料为TiC粉末；
步骤2，在步骤1所得的混合粉末中加入CeO2混合均匀，得到激光熔覆粉末，其中，所述CeO2的质量占混合粉末质量的0.5％～3.0％；
步骤3，对钢基材表面进行预处理；
在所述步骤3中，所述预处理为采用丙酮清洗钢基材表面，去除表面油渍，再使用砂纸打磨钢基材，去除表面锈迹，采用水和无水乙醇冲洗钢基材表面后，烘干，并保持干燥；
在上述技术方案中，所述砂纸打磨为依次采用400#和800#的砂纸进行打磨。
在上述技术方案中，所述烘干的温度为120℃，烘干的时间为5min。
在上述技术方案中，所述保持干燥为置于干燥器中保持干燥。
步骤4，采用步骤2所得的激光熔覆粉末对预处理后的钢基材进行激光熔覆处理，得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
在所述步骤4中，所述激光熔覆处理的参数为，输出功率1600W、激光束扫描速度180mm/min、激光束直径0.8mm，惰性保护气体通气速率20mL/min，重叠率30％。
上述制备方法获得的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
本发明的优点和有益效果为：
本发明在激光熔覆处理工艺中，TiC和TiWC2(由Co基合金粉末和钢基材所得)沉淀物在碳化钛/钴基复合涂层的耐腐蚀性和耐磨性方面起着重要作用。稀土氧化物CeO2可作为沉淀物的形核点位，适量添加CeO2可以细化熔覆层中TiC和TiWC2沉淀物尺寸并增强沉淀物分布均匀性，从而提高复合涂层耐腐蚀性、硬度和耐磨性，降低了裂纹和孔洞等结构缺陷发生率。添加CeO2(质量百分数为0.5％-3.0％)后，碳化钛/钴基复合涂层耐腐蚀性能提高了20％～38％，显微硬度提高了14％～30％，耐磨性能提高了25％-70％。
附图说明
图1为激光熔覆处理工艺示意图。
图2为复合涂层的SEM，其中，1#为对比例1，2#为实施例1，3#为实施例2，4#为实施例3。
图3为复合涂层的电化学阻抗谱，其中，1#为对比例1，2#为实施例1，3#为实施例2，4#为实施例3。
图4为复合涂层的显微硬度，其中，1#为对比例1，2#为实施例1，3#为实施例2，4#为实施例3。
图5为复合涂层的磨损量其中，1#为对比例1，2#为实施例1，3#为实施例2，4#为实施例3。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在搅拌器中，将基础材料和强化材料混合均匀，得到混合粉末，其中，按质量份数计，所述基础材料和强化材料的比为9：1，所述基础材料为司太立合金6号Co基合金粉末，所述强化材料为TiC粉末；
步骤2，在步骤1所得的混合粉末中加入CeO2混合均匀，得到激光熔覆粉末，其中，所述CeO2的质量占混合粉末质量的0.5％；
步骤3，对9Cr钢基材表面进行预处理，所述预处理为采用丙酮清洗钢基材表面，去除表面油渍，依次采用400#和800#的砂纸进行打磨钢基材，去除表面锈迹至光亮，采用去离子水和无水乙醇冲洗钢基材表面后，120℃烘干5min，并置于干燥器中保持干燥；
步骤4，将步骤2所得的激光熔覆粉末装入送粉机，并将9Cr钢基材在工作台上固定，采用激光熔覆粉末在激光熔覆设备中对预处理后的钢基材进行激光熔覆处理，采用氩气作为保护气体，开启通气阀门，设置惰性保护气体通气速率20mL/min，设置激光输出功率1600W、激光束扫描速度180mm/min、激光束直径0.8mm、重叠率30％，得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
实施例2
一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在搅拌器中，将基础材料和强化材料混合均匀，得到混合粉末，其中，按质量份数计，所述基础材料和强化材料的比为9：1，所述基础材料为司太立合金6号Co基合金粉末，所述强化材料为TiC粉末；
步骤2，在步骤1所得的混合粉末中加入CeO2混合均匀，得到激光熔覆粉末，其中，所述CeO2的质量占混合粉末质量的1.5％；
步骤3，对9Cr钢基材表面进行预处理，所述预处理为采用丙酮清洗钢基材表面，去除表面油渍，依次采用400#和800#的砂纸进行打磨钢基材，去除表面锈迹至光亮，采用去离子水和无水乙醇冲洗钢基材表面后，120℃烘干5min，并置于干燥器中保持干燥；
步骤4，将步骤2所得的激光熔覆粉末装入送粉机，并将9Cr钢基材在工作台上固定，采用激光熔覆粉末在激光熔覆设备中对预处理后的钢基材进行激光熔覆处理，采用氩气作为保护气体，开启通气阀门，设置惰性保护气体通气速率20mL/min，设置激光输出功率1600W、激光束扫描速度180mm/min、激光束直径0.8mm、重叠率30％，得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
实施例3
一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在搅拌器中，将基础材料和强化材料混合均匀，得到混合粉末，其中，按质量份数计，所述基础材料和强化材料的比为9：1，所述基础材料为司太立合金6号Co基合金粉末，所述强化材料为TiC粉末；
步骤2，在步骤1所得的混合粉末中加入CeO2混合均匀，得到激光熔覆粉末，其中，所述CeO2的质量占混合粉末质量的3.0％；
步骤3，对9Cr钢基材表面进行预处理，所述预处理为采用丙酮清洗钢基材表面，去除表面油渍，依次采用400#和800#的砂纸进行打磨钢基材，去除表面锈迹至光亮，采用去离子水和无水乙醇冲洗钢基材表面后，120℃烘干5min，并置于干燥器中保持干燥；
步骤4，将步骤2所得的激光熔覆粉末装入送粉机，并将9Cr钢基材在工作台上固定，采用激光熔覆粉末在激光熔覆设备中对预处理后的钢基材进行激光熔覆处理，采用氩气作为保护气体，开启通气阀门，设置惰性保护气体通气速率20mL/min，设置激光输出功率1600W、激光束扫描速度180mm/min、激光束直径0.8mm、重叠率30％，得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
对比例1(与实施例1相比，未添加CeO2)
一种钢材表面复合涂层的制备方法，该制备方法与实施例1相比不含有步骤2。
对实施例1～3制备的得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层和对比例制备的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层进行相关测测试，测试结果如图2～5所示。
如图2所示为上述复合涂层的SEM，由图可知，当CeO2含量为0wt.％时，沉淀物颗粒的尺寸和分布均匀性较差，沉淀物形状不规则且呈现一定程度的聚集。随着CeO2含量增加至1.5wt.％，沉淀物逐渐均匀地分布在金属基体上，并且尺寸也逐渐趋于均匀。当CeO2含量增加到3.0wt.％时，由于稀土元素的过量添加会降低沉淀物的球化和细化作用，沉淀物分布均匀性减弱，并且可观察到晶粒粗化。
如图3所示为上述复合涂层在3.5wt.％NaCl溶液中的电化学阻抗谱，由图可知，与对比例相比，实施例的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的耐腐蚀性能更好，其耐腐蚀性能提高了20％～38％。
如图4所示为上述复合涂层的显微硬度，由图可知，与对比例相比，实施例的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的显微硬度提高了14％～30％。
如图5所示为上述复合涂层的磨损量，由图可知，与对比例相比，实施例的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的耐磨性能提高了25％-70％。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种钢材表面碳化钛/钴基复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将基础材料和强化材料混合均匀，得到混合粉末，其中，按质量份数计，所述基础材料和强化材料的比为9：1，所述基础材料为Co基合金粉末，所述强化材料为TiC粉末；
步骤2，在步骤1所得的混合粉末中加入CeO2混合均匀，得到激光熔覆粉末，其中，所述CeO2的质量占混合粉末质量的0.5％～3.0％；
步骤3，对钢基材表面进行预处理；
步骤4，采用步骤2所得的激光熔覆粉末对预处理后的钢基材进行激光熔覆处理，得到钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述预处理为采用丙酮清洗钢基材表面，去除表面油渍，再使用砂纸打磨钢基材，去除表面锈迹，采用水和无水乙醇冲洗钢基材表面后，烘干，并保持干燥。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述激光熔覆处理的参数为，输出功率1600W、激光束扫描速度180mm/min、激光束直径0.8mm，惰性保护气体通气速率20mL/min，重叠率30％。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述砂纸打磨为依次采用400#和800#的砂纸进行打磨。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为120℃，烘干的时间为5min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述保持干燥为置于干燥器中保持干燥。
7.如权利要求1～6中任意一项所述的制备方法获得的钢材表面碳化钛/钴基复合涂层。
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