CN1211497C - 碳化钨－钢梯度耐磨材料制造技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用高能离子向钢中注渗碳化钨(WC)形成梯度耐磨材料的制造技术。目前市场上高铬耐磨钢、铸石、堆焊WC等耐磨材料均存在使用寿命短，硬度、强度、韧性不兼备的缺点。本发明通过辉光放电原理，在碳钢或合金钢表层形成WC，WC硬化层≥0.8mm，其中WC富集层超过0.3mm。碳化钨一钢梯度耐磨材料抗磨性能通常为淬硬合金工具钢4-15倍，且具有高硬、高强、高韧等综合性能，满足许多抗磨工况的技术要求。

Description

碳化钨—铜梯度耐磨材料制造技术

本发明涉及碳化钨—钢梯度耐磨材料制造技术。

目前冶金、建材、能源、矿山、机械、石油、化工等行业使用的耐磨材料包括高锰、高铬或稀土耐磨钢、铸石、粘贴陶瓷、热喷涂陶瓷、堆焊碳化钨等等，这些材料由于耐磨性较差，硬度、强度、韧性不能兼备等缺点，在许多磨损场合使用寿命低，如水泥行业生料立磨护板，虽堆焊5-10mm碳化钨，其使用寿命也不超过一个月；火电厂送煤粉弯管采用高铬和稀土耐磨钢，寿命只有1-2年，达不到四年一次大修理期的要求；冶金行业烧结厂的冷筛和热筛，采用耐热耐磨钢，其寿命只有一个月……

碳化钨(WC)是一种超硬陶瓷材料，但它硬而脆、强度与韧性也低，除了作研磨等材料外，过去WC很少直接使用。用粉末冶金方法将高硬度WC由钴、镍或铁粘接，形成了硬质合金刀具、工具、钻具等，其耐磨性为高速钢15-20倍，实现了一次工具革命。硬质合金制造，需在专门压机和烧结炉中进行，使硬质合金尺寸和形状受到很大的限制。后又采用铸造碳化钨进行堆焊，以期在大面积或复杂形状零部件上达到抗磨目的。堆焊WC在不少机械中得到应用。但堆焊WC工艺复杂，堆焊基体需要一定厚度，堆焊后光洁度不高，使用中易脱落，许多场合达不到高耐磨效果。

由于上述原因，使高耐磨的WC的使用范围一直局限于小尺寸、简单形状的工具类和冲击力小的机械中使用。

1984年以来，太原工业大学等单位就开始了离子渗金属的研究，随后，出现了一系列专利，其专利号为：85106757、87104358、87104626、90103841、93217651、95227991。这些专利主要是采用氩气在低真空度下双辉光放电进行离子渗金属。但是，所渗的金属渗层薄、浓度低、硬度不高，很少能在耐磨工程中获得应用；上述专利也没有涉及离子注渗WC—钢梯度耐磨材料的内容。

本发明的目的在于提供碳化钨—钢梯度耐磨材料制造技术。

本发明的基本构思是：利用桶形阴极异常光辉光放电原理，使钨变成高能离子，在高温下渗扩到钢基体中去。同时根据钨在一定温度范围内的含碳氛围中容易形成WC的原理，对钨进行碳化处理，达到在钢外层一定深度内形成WC的耐磨层。

本发明是通过以下技术方案实现的，它包括：

1、把碳钢或合金钢基体与钨材置于桶形阴极内，在低真空氩气条件下，形成异常辉光放电，产生钨离子和氩离子。

2、钨离子经过负辉能量重叠区，获得高能量，快速溅射到钢基体上。

3、钢基体由于氩离子和钨离子的轰击，温度升高，晶体缺陷增多，形成很多扩散通道，钨原子沿着这些通道快速扩散到钢基体内。

4、渗入钢基体中的钨经碳化处理，形成碳化钨。

本发明技术制成的WC—钢梯度耐磨材料，组成和结构呈梯度变化，具有高硬、高强、高韧、高耐磨性等特点，耐磨性能通常为淬硬合金工具钢的4-15倍。

下面结合具体实例加以说明：

实例：取20#碳钢一块和钨材置于阴极桶内，抽真空充氩气，真空度10^-1pa，在1000℃渗钨4小时，碳化2小时，形成碳化钨。经测量碳化钨硬化层为1mm，碳化钨富集层为0.35mm，硬度HRC62，用于轧钢导向轮，耐磨性比原合金工具钢提高12倍；用于水泥立磨中，耐磨性比堆焊碳化钨材料提高8倍。

Claims (4)

1、一种碳化钨-钢梯度耐磨材料制造技术，其特征在于把碳钢或合金钢基体与钨材置于桶形阴极内，在低真空氩气条件下，形成异常辉光放电，产生钨离子和氩离子，高能钨离子在高温下渗入钢基体内，经碳化成为碳化钨。

2、根据权利要求1所述的碳化钨-钢梯度耐磨材料制造技术，其特征在于使钨离子经过负辉能量重叠区，获得高能量，快速溅射到钢基体上。

3、根据权利要求1所述的碳化钨-钢梯度耐磨材料制造技术，其特征在于钢基体由于氩离子和钨离子的轰击，温度升高，晶体缺陷增多，形成很多扩散通道，钨原子沿着这些通道快速扩散到钢基体内。

4、根据权利要求1所述的碳化钨-钢梯度耐磨材料制造技术，其特征在于渗入钢基体中的钨经碳化处理形成碳化钨。