CN1405240A

CN1405240A - 仿生非光滑耐磨复合涂层及其制备方法

Info

Publication number: CN1405240A
Application number: CN 01133458
Authority: CN
Inventors: 任露泉; 邱小明; 徐德生; 李建桥; 佟金; 阎久林
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-03-26
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: CN1186402C

Abstract

本发明属于表面改性技术。非光滑耐磨复合涂层以多元铜基钎料作粘结合金，将增强耐磨硬质点颗粒与基体钢连接，在基体钢的表面形成一非光滑耐磨复合涂层，多元铜基钎料的成分为：锌，锰，镍，锡，硅，稀土，余量铜；钎剂的成分为：硼酸与硼砂的混合物，并加入少量氟化物；增强耐磨硬质点颗粒的成分为碳化物，粒度为50～100目，加入总量在(Wt％)：20～80。非光滑耐磨复合涂层的制备方法：将多元铜基钎料按上述组成成分的配制冶炼后，制成颗粒大小为20～80目粉末，按(Wt％)：30～70与20～80的碳化钨、碳化钛、碳化硅中的一种、二种或三种以及钎剂1～3均匀混合，通过加热多元铜基钎料和钎剂熔化后，多元铜基钎料将硬质点钎焊在基体碳钢表面形成一非光滑耐磨复合涂层。

Description

仿生非光滑耐磨复合涂层及其制备方法

技术领域：本发明属于表面改性技术，涉及机械、材料、化学、生物、工程仿生学等学科。

背景技术：磨料磨损是地面触土机械部件等易磨损件失效的主要原因之一。在国内外，除寻求新型抗磨料磨损材料和从结构上进行合理的设计外，表面硬化(表面改性)则是提高地面触土机械部件质量、延长使用寿命、改善使用性能的重要方法。目前，常用的表面硬化技术有化学、激光、电子束热处理、堆焊、喷涂、沉积、镀层等。由于硬化层厚度较薄，降低了地面机械触土部件在磨料磨损的工况下使用的有效性。并且，工程材料表面硬度的提高也是有限的。因此，本发明提出一种新型的仿生非光滑耐磨复合涂层。

仿生学已为越来越多的领域所重视和应用，如早期飞机的结构就是模仿鸟类和昆虫，红外线探测器的研究是受到了响尾蛇的启发，声纳的出现则是受到海豚本能的启示等等。自然界中生物体表组织经过亿万年的进化和优化，具有非常独特的结构和性能。已有研究结果表明，土壤动物(如蜣螂)体表呈几何非光滑特征，体表触土部位随机地或规律地分布着一定几何形状的结构单元体，运动时有利于减小正压力对体表的作用，降低摩擦分量，非光滑表面能将磨料对表面的犁削变为滚动，从而起到减阻、耐磨作用。体表有一定弹性，在外加压力下，体表可发生弹性变形。凸起部位承受着土壤的积压和摩擦，凹陷部位易集留空气，可减轻大气压力，从而降低与土壤的摩擦力，同时使磨损机理发生变化。

技术内容：本发明的目的是在基体为钢的表面上形成仿生非光滑耐磨复合涂层以及制备该涂层的方法。

本发明是仿土壤动物(如蜣螂)体表的几何非光滑特征，采用制造工艺简单、操作简便、性能可靠、成本低廉的钎焊技术，利用高塑性钎料与高硬度耐磨硬质点颗粒的合理组合制备的这种软、硬多相材料交替叠层形成的非光滑耐磨复合涂层，其抗磨性能十分优异，可使材料的耐磨性和减磨性达到较高的使用要求。

本发明的目的是这样实现的：

本发明以多元铜基钎料作粘结合金，将增强耐磨硬质点颗粒与基体钢连接在一起，在基体钢的表面形成一非光滑耐磨复合涂层，多元铜基钎料的成分为(重量百分比Wt％)：锌(Zn)25～38，锰(Mn)8.5～9.5，镍(Ni)1.8～2.3，锡(Sn)0.3～0.8，硅(Si)0.3～0.8，稀土(Re)0.1～0.3，余量铜(Cu)。钎剂的成分为(重量百分比Wt％)：硼酸与硼砂的混合物，比例3∶7(脱水)，并加入少量的氟化物10～20；增强耐磨硬质点颗粒的成分为碳化物，粒度为50～100目，加入总量在重量百分比(Wt％)：20～80。

多元铜基钎料中的碳化物可以是碳化钨或碳化钛或碳化硅，或其中的两种或三种组合，颗粒粒度为60～80目。

多元铜基钎料中的碳化物采用三种组合，其颗粒加入量(重量百分比Wt％)：碳化钨20～60，碳化钛10～30，碳化硅10～30。

本发明的非光滑耐磨复合涂层，其制备方法是：将多元铜基钎料按上述组成成分的重量百分比(Wt％)配制冶炼后，制成颗粒大小为20～80目粉末，按重量百分比(Wt％)：30～70的比例与重量百分比(Wt％)：20～80的碳化钨、碳化钛、碳化硅中的一种、二种或三种以及钎剂重量百分比(Wt％)：1～3均匀混合在一起，通过高频感应加热或激光加热多元铜基钎料和钎剂熔化后，多元铜基钎料将增强耐磨硬质点钎焊在基体碳钢表面形成一非光滑耐磨复合涂层。

本发明的非光滑耐磨复合涂层达到的技术指标为：在两体静载磨料磨损工况下，非光滑耐磨复合涂层的耐磨性是ZG35钢的26倍，是45号钢(淬火态)的25倍，是ZGMn13钢的21倍，是ZG35铸渗WC钢的1.6倍；非光滑耐磨复合涂层内部(钎料与耐磨硬质点间)结合强度及耐磨复合涂层与钢之间结合强度≥150Mpa。

本发明具有以下优点：具有土壤动物体表的几何非光滑特征。非光滑耐磨复合涂层的表面平整。厚度可根据使用要求从几毫米到几十毫米任意调整。非光滑耐磨复合涂层的细观结构与土壤动物如蜣螂头前部相似，涂层具有良好的塑、韧性和高的耐磨性，较硬的颗粒支承载荷、抵抗磨损、阻止磨粒的犁削，较软的基体固结颗粒、吸收能量，其非光滑表面能将磨料对非光滑耐磨复合涂层表面的划擦凿削变为滚动，可有效地减轻磨料对非光滑耐磨复合涂层的磨损程度。

具体实施方式：基体均采用碳钢。

实施例1、多元铜基钎料的成分为(重量百分比Wt％)：锌(Zn)25，锰(Mn)8.5，镍(Ni)1.8，锡(Sn)0.3，硅(Si)0.3，稀土(Re)0.1，余量铜(Cu)，重量百分比(Wt％)：30；钎剂重量百分比(Wt％)：1；增强耐磨硬质点颗粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)：碳化钨69，粒度为50目。

实施例2、多元铜基钎料的成分为(重量百分比Wt％)：锌(Zn)38，锰(Mn)9.5，镍(Ni)2.3，锡(Sn)0.8，硅(Si)0.8，稀土(Re)0.3，余量铜(Cu)，重量百分比(Wt％)：57；钎剂重量百分比(Wt％)：3；增强耐磨硬质点颗粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)：碳化钨20，碳化钛10，碳化硅10，增强耐磨硬质点颗粒度为100目。

实施例3、多元铜基钎料的成分为(重量百分比Wt％)：锌(Zn)30，锰(Mn)9.1，镍(Ni)2.0，锡(Sn)0.6，硅(Si)0.6，稀土(Re)0.2，余量铜(Cu)，重量百分比(Wt％)：40；钎剂重量百分比(Wt％)：2；增强耐磨硬质点颗粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)：碳化钨50、碳化钛10，增强耐磨硬质点颗粒度为80目。

表1 非光滑耐磨复合涂层各实施例成分、加入量(重量百分比Wt％)和性能

Zn Mn Ni Sn Si Re Cu 钎剂碳化物相对耐磨性强度(Ma)

(ZG35钢)实施例1 25 8.5 1.8 0.3 0.3 0.1 余量 1 碳化钨69 16 230

碳化钨20实施例2 38 9.5 2.3 0.8 0.8 0.3 余量 3 碳化钛10 20 194

碳化硅10实施例3 30 9.1 2.0 0.6 0.6 0.2 余量 2 碳化钨50 24 219

碳化钛10

Claims

1.非光滑耐磨复合涂层，其特征在于：以多元铜基钎料作粘结合金，将增强耐磨硬质点颗粒与基体钢连接在一起，在基体钢的表面形成一非光滑耐磨复合涂层，多元铜基钎料的成分为(重量百分比Wt％)：锌(Zn)25～38，锰(Mn)8.5～9.5，镍(Ni)1.8～2.3，锡(Sn)0.3～0.8，硅(Si)0.3～0.8，稀土(Re)0.1～0.3，余量铜(Cu)；钎剂的成分为(重量百分比Wt％)：硼酸与硼砂的混合物，比例3∶7(脱水)，并加入少量的氟化物10～20；增强耐磨硬质点颗粒的成分为碳化物，粒度为50～100目，加入总量在重量百分比(Wt％)：20～80。

2.根据权利要求1所述的仿生非光滑耐磨复合涂层，其特征在于多元铜基钎料中的碳化物可以是碳化钨或碳化钛或碳化硅，或其中的两种或三种组合，颗粒粒度为60～80目。

3.根据权利要求1或2所述的仿生非光滑耐磨复合涂层，其特征在于多元铜基钎料中的碳化物采用三种组合，其颗粒加入量(重量百分比Wt％)：碳化钨20～60，碳化钛10～30，碳化硅10～30。

4.非光滑耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于：将多元铜基钎料按上述组成成分的重量百分比(Wt％)配制冶炼后，制成颗粒大小为20～80目粉末，按重量百分比(Wt％)：30～70的比例与重量百分比(Wt％)：20～80的碳化钨、碳化钛、碳化硅中的一种、二种或三种以及钎剂重量百分比(Wt％)：1～3均匀混合在一起，通过高频感应加热或激光加热多元铜基钎料和钎剂熔化后，多元铜基钎料将增强耐磨硬质点钎焊在基体碳钢表面形成一非光滑耐磨复合涂层。