CN1740395A

CN1740395A - 陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺

Info

Publication number: CN1740395A
Application number: CN 200510090136
Authority: CN
Inventors: 崔洪芝
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2006-03-01

Abstract

一种陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，主要特点在于：其步骤如下：制备热反应粉末、处理准备、处理阶段、关闭各开关、将处理好的工件摆放整齐备用，共五个阶段。所述的热反应粉末为Fe－Al－TiO₂－B₂O₃系，其中Fe、Al、TiO₂粉末的粒度均为150－200目，B₂O₃的粒度为100－150目。在等离子束热的激发和辅助作用下，所述的粉末在等离子射流中发生化学反应，至工件的表面形成陶瓷相及金属间化合物相，与工件处于微熔状态的基体表面达到冶金结合。通过改变涂层的组成，可以调整涂层的硬度；也可以有效的控制涂层的厚度；此外，还可以减少工件的变形和提高工作效率。

Description

陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种涂层及其制备工艺，尤其是指陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，更具体的讲，本发明涉及一种TiB₂+Al₂O₃+FeAl+Fe₃Al陶瓷-金属间化合物复合涂层及其制备工艺，属于材料合成与加工领域。在国际专利分类表中本发明应分为C23部。

背景技术

在矿山、冶金、能源等领域，都有大量的工件处于剧烈磨损工作条件下，如矿用刮板运输机中部槽的链道部分，扒装机料斗底面的转折处，挖掘机挖斗的前表面等，由于磨损严重，需要经常拆卸更换。对这些工件的表面进行局部的强化处理，形成耐磨损的强化涂层，无疑是提高使用寿命和节省原材料的有效途径。目前，对此类零部件的表面强化处理工艺主要有：堆焊、激光熔覆，这两类工艺均可获得高硬度的耐磨涂层。但是上述工艺皆有不足之处。堆焊主要缺点是：涂层结合强度底，易出现裂纹，涂层在使用过程中经常开裂、剥落；激光熔覆主要的缺点是：存在设备投资大、生产效率低、处理成本高等问题。因此，上述不足之处限制了堆焊和激光表面处理技术的大规模工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对已有技术的不足，提供一种用高能量密度的等离子束做热源激发并辅助原位反应的工艺，在工件表面原位生成耐磨性良好的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺。本发明可以增强涂层与基体的结合力，延长使用寿命，降低处理成本，提高表面处理的效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：主要特点在于：所述的复合涂层及其制备工艺的步骤如下：

(一)制备热反应粉末

1)配制能产生化学热反应的粉末；

2)把所述的能产生化学热反应的粉末在150-200℃下烘干6-8小时；

3)在球磨机上混合10-15小时；

4)在粉末中加入酒精调成泥浆状反应物，装入漏斗中；

(二)处理准备

1)工件表面除油、除锈，酸洗；

2)将工件固定在工作台上，行走机构带动刮泥板缓慢移动，调节所述的漏斗中的泥浆状反应物的流量，将泥浆状反应物涂覆于工件表面，涂覆厚度在1-4mm之间；

3)将带有涂层的工件放到通风处凉干，小件可在箱式炉中加热到100-150℃烘干6-8小时；

(三)处理阶段

开启工作台，令等离子发生器做直线往复运动，工件做横向进给运动，以Ar气做等离子发生和保护气体；

打开等离子设备的气、冷却水开关，打开电源并高频起弧；

调整等离子束的工艺参数范围，调整工件的旋转速度，调整等离子发生器和工件的运动速度；

在等离子束热的激发和辅助作用下，所述的粉末在等离子射流中发生化学反应，至工件的表面形成陶瓷相及金属间化合物相，与工件处于微熔状态的基体表面达到冶金结合；

涂层大于2毫米时重熔一次；

(四)关闭等离子电源、气瓶、冷却水开关；

(五)将处理好的工件摆放整齐、备用。

在具体实施例中：

所述的热反应粉末为Fe-Al-TiO₂-B₂O₃系，其中Fe、Al、TiO₂粉末的粒度均为150-200目，B₂O₃的粒度为100-150目；其粉末的配制比例如下：

1)按照质量比为Fe∶Al＝4∶1的比例配制Fe、Al粉末；

2)Al、TiO₂、B₂O₃三者按照反应式：

配制；

3)按照步骤1)中的15-30％、步骤2)中的70-85％的质量比称量。

按照步骤1)中的15％、步骤2)中的85％的质量比称量。

按照步骤1)中的25％、步骤2)中的75％的质量比称量。

所述的等离子束的工艺参数范围为：Ar气流量为0.5-1.0m³/h，等离子放电电压为60-80V，等离子放电电流为200-300A。

所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为50-80mm/s。

Ar气流量为0.7m³/h，等离子放电电压为70V，等离子放电电流为250A，所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为60mm/s。

Ar气流量为0.5m³/h，等离子放电电压为80V，等离子放电电流为300A，所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为50mm/s。

由于本发明采用了上述的技术方案，本发明具有下述优点和效果：

1.通过原位反应，在工件表面形成了TiB₂+Al₂O₃+FeAl+Fe₃Al陶瓷-金属间化合物复合涂层；

2.在等离子热和化学反应热的共同作用下形成的涂层与工件的基体呈完全的冶金结合；

3.通过调整工艺参数可以有效的控制涂层的厚度；

4.由于等离子热和反应热的共同作用，既可以降低等离子束的输入能量，又可以提高效率，从而减少工件的变形；

5.采用常压等离子作主体热源，设备投资少，工件表面不需黑化，无环境污染，工作效率高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1—刮板运输机中部槽形成TiB₂+Al₂O₃+FeAl+Fe₃Al陶瓷-金属间化合物复合涂层。

煤矿用刮板运输机中部槽工作时，表面受到刮板往复运动时的磨损。而且其工作面是在大的接触应力下，用硬质颗粒作磨料的剧烈磨粒磨损，尤其是链道部分，经常出现磨穿，使用寿命仅3-6个月。采用等离子辅助原位反应技术对其表面进行处理，具体过程如下：配制Fe-Al-TiO₂-B₂O₃系粉末，Fe、Al、TiO₂的粒度均为150-200目，B₂O₃的粒度为100-150目，其粉末配制比例如下：1)按照Fe∶Al＝4∶1的比例配制Fe、Al粉末；2)Al、TiO₂、B₂O₃三者按照反应式：配制；3)再按照步骤1)中的15％、步骤2)中的85％的质量比称量；各种粉末称量后烘干8小时，再倒进球磨机中混合10小时；在粉末中加入酒精调成泥浆状，装入漏斗中；工件表面除油、除锈，酸洗；将工件固定在工作台上，行走机构带动刮泥板缓慢移动，将泥浆状反应物涂覆于工件表面，厚度约2mm；将带有涂层的工件放到通风处凉干；处理时等离子发生器做直线往复运动，工件做横向进给运动，以Ar气做等离子发生和保护气体，打开等离子设备的气、冷却水开关，打开电源并高频起弧，调整工艺参数：Ar气流量为0.7m³/h，等离子放电电压为70V，等离子放电电流为250A，等离子发生器的直线往复运动的速度为60mm/s；处理完毕关闭等离子电源、气瓶、冷却水开关；处理后的涂层连同基体的硬化层总厚度约2mm，硬度HV730-860；使用寿命提高2-3倍。

实施2—挖掘机挖斗的前表面，形成TiB₂+Al₂O₃+FeAl+Fe₃Al陶瓷-金属间化合物复合涂层。

挖掘机挖斗材质为ZGMn13，这种材料在使用过程中遇到强大的挤压力和冲击力时，内部组织发生A→M转变，硬度越来越高，耐磨性也就越来越好。但是在使用前期，其基体内的A组织尚未转变成M，表面的硬度和耐磨性很低，造成挖斗表面前期的剧烈磨损。采用等离子辅助原位反应技术对其表面进行处理，具体过程如下：配制Fe-Al-TiO₂-B₂O₃系粉末，Fe、Al、TiO₂、的粒度均为150-200目，B₂O₃的粒度为100-150目，其粉末的配制比例如下：1)按照Fe∶Al＝4∶1的比例配制Fe、Al粉末；2)Al、TiO₂、B₂O₃三者按照反应式：配制；3)按照步骤1)中的25％、步骤2)中的75％的质量比称量；各种粉末称量后烘干8小时，再放入球磨机中混合10小时；在粉末中加入酒精调成泥浆状，装入漏斗中；工件表面除油、除锈，酸洗；将工件固定在工作台上，行走机构带动刮泥板缓慢移动，将泥浆状反应物涂覆于工件表面，厚度约4mm；将带有涂层的工件放到通风处凉干；处理时等离子发生器做直线往复运动，工件做横向进给运动，以Ar气做等离子发生和保护气体，打开等离子设备的气、冷却水开关，打开电源并高频起弧，调整工艺参数：Ar气流量为0.5m³/h，等离子放电电压为80V，等离子放电电流为300A，等离子发生器的直线往复运动的速度为50mm/s；第一遍过后，再接着进行重熔处理，工艺参数可同第一遍，也可将发生器的运动速度提高至60mm/s。处理完毕，关闭等离子电源、气瓶、冷却水开关；处理后的涂层连同基体的硬化层总厚度约3mm，硬度HV680-730；使用寿命提高2.5倍。

本发明所涉及的处理工艺相当稳定，在等离子热和化学反应热的共同作用下形成的涂层与工件的基体呈完全的冶金结合；通过改变涂层的组成，可以调整涂层的硬度；也可以有效的控制涂层的厚度；此外，还可以减少工件的变形和提高工作效率。

Claims

1.一种陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：所述的复合涂层及其制备工艺的步骤如下：

(一)制备热反应粉末

1)配制能产生化学热反应的粉末；

3)在球磨机上混合10-15小时；

4)在粉末中加入酒精调成泥浆状反应物，装入漏斗中；

(二)处理准备

1)工件表面除油、除锈，酸洗；

(三)处理阶段

打开等离子设备的气、冷却水开关，打开电源并高频起弧；

至工件的表面形成陶瓷相及金属间化合物相，与工件处于微熔状态的基体表面达到冶金结合；

涂层大于2毫米时重熔一次；

(四)关闭等离子电源、气瓶、冷却水开关；

(五)将处理好的工件摆放整齐、备用。

2.根据权利要求1所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：所述的热反应粉末为Fe-Al-TiO₂-B₂O₃系，其中Fe、Al、TiO₂粉末的粒度均为150-200目，B₂O₃的粒度为100-150目；其粉末的配制比例如下：

1)按照质量比为Fe∶Al＝4∶1的比例配制Fe、Al粉末；

2)Al、TiO₂、B₂O₃三者按照反应式：

配制；

3)按照步骤1)中的15-30％、步骤2)中的70-85％的质量比称量。

3.根据权利要求2所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：按照步骤1)中的15％、步骤2)中的85％的质量比称量。

4.根据权利要求2所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：按照步骤1)中的25％、步骤2)中的75％的质量比称量。

5.根据权利要求1所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：所述的等离子束的工艺参数范围为：Ar气流量为0.5-1.0m³/h，等离子放电电压为60-80V，等离子放电电流为200-300A。

6.根据权利要求1所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为50-80mm/s。

7.根据权利要求5、6所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：Ar气流量为0.7m³/h，等离子放电电压为70V，等离子放电电流为250A，所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为60mm/s。

8.根据权利要求5、6所述的陶瓷—金属间化合物复合涂层及其制备工艺，其特征在于：Ar气流量为0.5m³/h，等离子放电电压为80V，等离子放电电流为300A，所述的等离子发生器的直线往复运动的速度为50mm/s。