專利名稱：復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐磨涂層及其制備工藝，特別是一種復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝。
背景技術：
隨著制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構的優(yōu)化升級，可靠性和耐久性成為機械設備、零部件的關鍵。 許多機械零件由于表面的局部磨損、腐蝕等問題而引起過早失效或報廢。為了提高機械零件表面耐磨損、抗腐蝕目的，大量的中碳鋼和中碳合金鋼調(diào)質(zhì)熱處理后進行表面電鍍硬鉻、 化學鍍鎳磷合金、表面離子氮化、噴涂M60涂層等處理。然而電鍍鉻生產(chǎn)中帶有大量六價鉻污染環(huán)境，各國已明令禁止六價鉻電鍍生產(chǎn)；化學鍍鎳磷合金具有較優(yōu)良的耐腐蝕性能， 但不能較好地滿足耐磨損要求；離子氮化雖然在一定程度上改善零件表面耐磨損性能，但是其工藝周期長、零件容易變形的缺點也很明顯；噴涂M60涂層具有一定的表面硬度，但噴涂表面不夠致密，涂層孔隙率較大。近年發(fā)展的爆炸噴涂、超音速火焰噴涂、等離子噴涂WC-12Co、WC-17Co、WC_17Ni 等涂層技術，雖然在一定程度上提高零件表面硬度，但仍表現(xiàn)為涂層的耐磨性能不夠好，特別是單一尺寸的WC涂層或單一種類的碳化鎢涂層對于要求表面耐磨蝕、一定韌性和表面粗糙度低的零件，很難滿足其要求，同時這些碳化鎢涂層孔隙率略高、涂層結(jié)合力不夠高， 在一定程度上限制其應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種工藝簡單、耐磨強度高的復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的復合金屬碳化物耐磨涂層材料為粘接劑包覆碳化鎢和碳化物以質(zhì)量百分比組成；所述的粘接劑包覆碳化鎢為WC-16%Co (wt)粉末或WC-16%Ni (wt)粉末或WC-16%NiCr (wt)粉末，其粒徑同時包含15 45Mm，0. 8 5Mm，300 400nm 數(shù)量級三種狀態(tài)；所述的碳化物是碳化鉻(Cr2C3)粉末、碳化釩(VC)粉末、碳化鐵(Fe3C)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鈮(NbC)粉末中的一種粉末、或二種混合粉末或三種混合粉末， 其粒徑為10 63Mm ；
粘接劑包覆碳化鎢的WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC粉末、Fe3C粉末、TiC粉末、NbC粉末其中的一種按2 7:1 3相混合成為復合粉末；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末、WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC粉末、Fe3C粉末、TiC 粉末其中二種按7 12:2 5相混合成為復合粉末，Cr2C3粉末與VC粉末或!^e3C粉末或 TiC粉末之比為2:1 ；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC 粉末、Fe3C粉末、TiC粉末其中三種按12 20:4 7相混合成為復合粉末，Cr2C3與!^e3C與 VC或TiC之比為2:1:1 ；
所述復合碳化物涂層硬度為HV1200 1800，涂層結(jié)合力大于60Mpa，復合碳化物涂層厚度尺寸150 500Mm，復合碳化物涂層可進行金剛石砂輪或立方氮化硼砂輪磨削加工；所述中碳鋼碳含量0. 35 0. 55%(wt)的碳鋼或合金鋼經(jīng)淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)。所述的復合金屬碳化物耐磨涂層為超音速火焰噴涂或等離子噴涂本發(fā)明復合金屬碳化物粉末直接形成耐磨涂層；或超音速火焰噴涂或等離子噴涂本發(fā)明復合金屬碳化物粉末，再經(jīng)超音速火焰或等離子體火焰重熔成型為耐磨涂層。所述的復合金屬碳化物耐磨涂層制備工藝為首先對調(diào)質(zhì)熱處理的中碳鋼或中碳合金鋼進行表面清理，采用200°C加熱方法去除其表面各類油漬污染物；其次采用離心拋砂或空氣動力噴砂方法對上述表面進行除銹和毛化，所用砂子為粒徑不大于0. 6mm棕剛玉或淬火的軸承鋼棱角鋼砂，砂子撞擊零件表面速度不小于120m/s，獲得清潔和粗糙表面，其清潔度高于Sa3級、粗糙度在Rz25 lOOMm、貌紋形貌為棱角狀態(tài)；對棱角和復雜表面進行電弧噴涂Μ-5%Α1粘接底層100 150Mm厚度；最后采用超音速火焰噴涂對清潔毛化表面或噴涂粘接底層表面噴涂本發(fā)明復合碳化物粉末，獲得復合碳化物涂層厚度150 500μπι ； 根據(jù)需要可以進一步對超音速噴涂復合碳化物涂層進行熔焊和磨削加工。有益效果，由于采用了上述方案，中碳鋼調(diào)質(zhì)熱處理獲得較好的強度和韌性配合， 但其表面抗磨損和耐腐蝕性能一直不夠理想，本發(fā)明針對中碳鋼或中碳合金鋼調(diào)質(zhì)熱處理的零件表面強化，不僅保證原調(diào)質(zhì)熱處理的強度和韌性，同時提高零件表面的耐磨損和防腐蝕性能，使零件的整體使用性能獲得提高，對整機可靠性提供有力保證。為調(diào)質(zhì)熱處理零件提供一種表面強化的新途徑。本發(fā)明的復合金屬碳化物涂層是專門針對中碳鋼調(diào)質(zhì)熱處理零件表面的強化，所述的中碳鋼是指碳含量0. 35 0. 55% (Wt)的碳鋼或合金鋼經(jīng)淬火加高溫回火調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)，所述的超音速火焰噴涂(焊)或等離子噴涂(焊)復合碳化物涂層與調(diào)質(zhì)中碳鋼或中碳合金鋼之間結(jié)合力達到60Mpa以上，涂層厚度尺寸100 lOOOMm，涂層硬度HV1200 1800， 涂層與碳化硅砂輪面磨損時表現(xiàn)為硬擠壓痕和局部脆性脫落磨損形貌，鹽霧實驗呈現(xiàn)涂層未見明顯腐蝕行為。本發(fā)明的復合碳化物涂層可用金剛石砂輪或立方氮化硼砂輪進行磨削加工。優(yōu)點本發(fā)明復合碳化物涂層具有與金屬基體結(jié)合牢固，不同粒徑顆粒互相填充、 涂層結(jié)構致密，多種碳化物復合、涂層耐磨損和耐腐蝕性能優(yōu)良。超音速噴涂和等離子噴涂碳化物元素氧化燒損量很少。工藝簡單、耐磨強度高，達到了本發(fā)明的目的。
具體實施例方式本發(fā)明中所述的百分比均為質(zhì)量百分比。實施例1 本實施方式復合金屬碳化物涂層。具體做法為復合金屬碳化物粉末由粘接劑包覆碳化鎢WC-16%Co粉末與碳化釩、碳化鐵和碳化鉻粉末在錐型混料機機械混合而成。WC-16%Co與Cr2C3> VC、!^e3C之比為12 17:4 7，碳化釩3 5%，碳化鐵4 6%， 其余為碳化鉻組成，15 45Mm，0. 8 5Mm，300 400nm數(shù)量級三種粒徑的WC_16%Co粉末與10 63Mm粒徑的其它碳化物在錐型混料機，以12 30轉(zhuǎn)/分鐘速度混料2小時獲得復合金屬碳化物粉末。調(diào)質(zhì)熱處理的中碳鋼Q345經(jīng)噴砂除銹，獲得表面清潔度Sa3級、粗糙度Rz25 80Mm、貌紋形貌為棱角狀態(tài)，在此表面噴涂Ni_5%Al粘接底層100 150Mm厚度，采用超音速火焰噴涂本實施例一復合金屬碳化物混合粉末成型。噴涂時航空煤油為燃料，氧氣為助燃氣。噴涂工藝參數(shù)為燃料壓力0. 79 1. 4MPa，流量21L/h，氧氣壓力1. 65 MPa，流量40 m3/h，送粉流量10. 27kg/h，送粉氣體為氮氣，噴涂距離350mm。獲得的復合金屬碳化物涂層結(jié)合力大于63Mpa，涂層厚度尺寸350 450Mm，涂層硬度HV1700 1800。實施例2 本實施方式復合金屬碳化物涂層。具體做法為復合金屬碳化物粉末由粘接劑包覆碳化鎢WC-16%Ni粉末與碳化鉻粉末之比為2 5 2 3組成，15 45Mm，0. 8 5Mm, 300 400nm數(shù)量級三種粒徑的WC_16%Ni粉末與10 63Mm粒徑的碳化鉻在錐型混料機，以12 30轉(zhuǎn)/分鐘速度混料2小時獲得復合金屬碳化物粉末。調(diào)質(zhì)熱處理的中碳鋼Q345經(jīng)噴砂除銹，獲得表面清潔度Sa3級、粗糙度Rz25 SOMm、貌紋形貌為棱角狀態(tài)， 在此表面噴涂Ni-5%A1粘接底層100 150Mm厚度，采用等離子噴涂本實施例二復合金屬碳化物混合粉末成型。噴涂工藝參數(shù)為噴涂電壓為55 60V、噴涂電流為500 550A、送粉流量9. Mkg/h、噴涂距離300mm，獲得的復合金屬碳化物涂層與調(diào)質(zhì)鋼之間結(jié)合力大于 65Mpa，涂層厚度尺寸350 450Mm，涂層硬度HV1400 1600，鹽霧試驗72小時未除銹銹蝕點ο實施例3 本實施方式復合金屬碳化物涂層。具體做法為復合金屬碳化物粉末由粘接劑包覆碳化鎢WC-16%Co粉末與碳化鉻和碳化釩粉末在錐型混料機機械混合而成。 WC-16%Co粉末與碳化鉻和碳化釩粉末之比為8 10 3 4組成，其它碳化物為碳化鉻18 19%，其余為碳化釩，WC-16%Co粉末粒徑為15 45Mm、0. 8 5Mm、300 400nm，Cr2C3、VC粉末粒徑為10 63Mm。調(diào)質(zhì)熱處理的中碳鋼Q345經(jīng)噴砂除銹，獲得表面清潔度Sa3級、粗糙度Rz25 SOMffl、貌紋形貌為棱角狀態(tài)，采用超音速火焰噴涂本例三復合金屬碳化物粉末成型，隨后采用超音速火焰炬重熔。噴涂工藝參數(shù)為燃料壓力0. 82 1. 4MPa，流量21L/h， 氧氣壓力1.71 MPa，流量40 m3/h，送粉流量11. 00kg/h，送粉氣體為氮氣，噴涂距離350mm。 獲得涂層厚度尺寸300 500Mm，涂層硬度HV1400 1600，鹽霧試驗72小時未除銹銹蝕點。
權利要求
1.一種復合金屬碳化物耐磨涂層，其特征在于復合金屬碳化物耐磨涂層材料為粘接劑包覆碳化鎢和碳化物以質(zhì)量百分比組成；所述的粘接劑包覆碳化鎢為WC-16%C0 (wt)粉末或WC-16%Ni (wt)粉末或WC-16%NiCr (wt)粉末，其粒徑同時包含15 45Mm，0. 8 5Mm， 300 400nm數(shù)量級三種狀態(tài)；所述的碳化物是碳化鉻(Cr2C3)粉末、碳化釩(VC)粉末、碳化鐵(Fe3C)粉末、碳化鈦(TiC)粉末、碳化鈮(NbC)粉末中的一種粉末、或二種混合粉末或三種混合粉末，其粒徑為10 63Mm ；粘接劑包覆碳化鎢的WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC粉末、Fe3C粉末、TiC粉末、NbC粉末其中的一種按2 7:1 3相混合成為復合粉末；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末、WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC粉末、Fe3C粉末、TiC 粉末其中二種按7 12:2 5相混合成為復合粉末，Cr2C3粉末與VC粉末或!^e3C粉末或 TiC粉末之比為2:1 ；WC-16%Co粉末或WC-16%Ni粉末或WC_16%NiCr粉末與Cr2C3粉末、VC 粉末、Fe3C粉末、TiC粉末其中三種按12 20:4 7相混合成為復合粉末，Cr2C3與!^e3C與 VC或TiC之比為2:1:1 ；所述的復合碳化物涂層硬度為HV1200 1800，復合碳化物涂層結(jié)合力大于60Mpa，復合碳化物涂層厚度尺寸150 500Mffl，復合碳化物涂層可進行金剛石砂輪或立方氮化硼砂輪磨削加工；所述中碳鋼碳含量0. 35 0. 55% (wt)的碳鋼或合金鋼經(jīng)淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)。
2.一種復合金屬碳化物耐磨涂層的制備工藝，其特征在于首先對調(diào)質(zhì)熱處理的中碳鋼或中碳合金鋼進行表面清理，采用200°C加熱方法去除其表面各類油漬污染物；其次采用離心拋砂或空氣動力噴砂方法對上述表面進行除銹和毛化，所用砂子為粒徑不大于 0. 6mm棕剛玉或淬火的軸承鋼棱角鋼砂，砂子撞擊零件表面速度不小于120m/s，獲得清潔和粗糙表面，其清潔度高于Sa3級、粗糙度在Rz25 lOOMm、貌紋形貌為棱角狀態(tài)；對棱角和復雜表面進行電弧噴涂Μ-5%Α1粘接底層100 150Mm厚度；最后采用超音速火焰噴涂對清潔毛化表面或噴涂粘接底層表面噴涂本發(fā)明復合碳化物粉末，獲得復合碳化物涂層厚度 150 500Mm。
全文摘要
一種復合金屬碳化物耐磨涂層及其制備工藝，屬于耐磨涂層及其制備工藝。包括粘接劑包覆碳化鎢和其它碳化物組成，所述的粘接劑包覆碳化鎢為WC-Co或WC-Ni的粒徑；所述的其它碳化物為碳化鉻、碳化釩、碳化鐵、碳化鈦等；所述的粘接劑包覆碳化鎢與碳化物的一種或者多種粉末相混合，經(jīng)超音速火焰噴涂(焊)或等離子噴涂(焊)至中碳鋼鐵零件表面形成耐磨涂層；所述中碳鋼為碳含量0.35～0.55%C(wt)，經(jīng)淬火加高溫回火的調(diào)質(zhì)熱處理狀態(tài)；所述的超音速火焰噴涂(焊)或等離子噴涂(焊)工藝依次為中碳鋼表面噴砂除銹，噴涂Ni-5%Al合金粘接涂層，噴涂復合碳化物耐磨涂層。所述復合碳化物耐磨涂層硬度HV1200～1800，涂層結(jié)合力大于60Mpa，具有較好的機械性能、抗磨損和耐腐蝕性能。
文檔編號C23C4/10GK102418065SQ20111041132
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者周靖, 張健, 張宏, 沈承金, 馬瑞勇 申請人:中國礦業(yè)大學