利用等離子熔射魚鱗狀耐磨涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料制備領(lǐng)域，尤其是耐磨涂層的制備方法，具體講就是在基體表面(比如卸軋機鏈板、料斗襯板、抓斗刃板、自動翻斗車翻斗板，礦山機械中輸送機襯板、擋板等耐磨板表面)獲得鱗片狀結(jié)構(gòu)耐磨復(fù)合涂層及鱗片狀結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今耐磨板已廣泛用于裝載機械、礦山機械、重載運輸?shù)榷鄠€行業(yè)，以其優(yōu)良耐磨性能顯著提高了機械設(shè)備的總體使用性能和使用壽命。大大節(jié)約了使用成本，降低了材料消耗。耐磨涂層的獲取便成為了研制生產(chǎn)高性能耐磨板的重中之重。涂層的制備方法有多種，如熱噴焊技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、真空燒結(jié)技術(shù)、等離子熔覆技術(shù)等，結(jié)合不同的基體材料以及對涂層不同的工況條件，選擇恰當(dāng)?shù)闹苽浞椒ú⑴湟圆煌耐繉硬牧现频梅弦蟮哪湍ネ繉印?br>[0003]中國專利申請?zhí)?00410087690.5公開了一種硬質(zhì)耐磨涂層的制備方法，它介紹了采用爆炸噴涂工藝制備得到1(>&)/^052復(fù)合涂層，其中MoS 2作為固體潤滑劑，使涂層的摩擦系數(shù)明顯降低，提高涂層的自潤滑性能，從而降低涂層和摩擦副的磨損率，提高了機械零件的使用壽命。但是由于噴涂工藝難于控制，涂層成形性差。在對表面平整度要求較高的機械行業(yè)存在很大的使用局限性。專利201310747265.3公開了一種激光熔覆WC耐磨涂層的新型滾刀的制作工藝，它采用激光同步送粉熔覆技術(shù)對工件表面進行熔覆耐磨強化處理，得到了含有WC陶瓷相的耐磨涂層，涂層表面成型性好，涂層厚度可控。但激光熔覆技術(shù)設(shè)備昂貴，功率小，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。中國專利申請?zhí)?01010000425.4公開了一種耐磨涂層的制備方法，它巧妙的利用真空燒結(jié)技術(shù)，在950°C _980°C下燒結(jié)制備出含有碳化物和硼化物的復(fù)合涂層。即達(dá)到了節(jié)省成本，又能進一步提高對于涂層厚度的控制。但同樣存在設(shè)備復(fù)雜，對工件尺寸要求嚴(yán)格，難于控制的缺點。
[0004]中國專利申請?zhí)?01110108741.8公開了一種等離子噴涂制備多晶耐磨涂層的方法，它利用大氣等離子噴涂方法將合金粉末霧化噴射到表面處理過的基體上，通過自然冷卻得到多晶態(tài)合金涂層。中國專利申請?zhí)?00610040072.4利用等離子噴涂耐磨涂層的方法，采用保護氬氣作為保護氣氛在鋁合金基體上制備出了 Al203-45Ti02的耐磨涂層，相比于在大氣環(huán)境下獲得的涂層氧化物、夾雜減少，結(jié)合強度和顯微硬度都得了一定程度的提升。上述提到的耐磨涂層在受到?jīng)_擊和碰撞時極易發(fā)生脫落，另外在復(fù)雜交變應(yīng)力的作用下還會產(chǎn)生不同程度的塑性變形最終導(dǎo)致涂層剝落，嚴(yán)重影響了對基體材料的防護作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了有效防止涂層剝落，顯著增強基體材料的耐磨性能，本發(fā)明結(jié)合耐磨板的實際工況和技術(shù)要求，提供一種采用等離子熔射技術(shù)，制備Fe基+TiC-TiB2-Fex (C，B)高硬度陶瓷強化相的耐磨復(fù)合涂層的方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]一種利用等離子熔射魚鱗狀耐磨涂層的方法，其特征在于，
[0008]第一步:原材料準(zhǔn)備
[0009]粉末原料為Fe、T1、W、B4C、C、WC粉末，粉末粒度:Fe、T1、W、C粉末粒徑為61-74 μ m，WC、B4C粉末粒徑為44-53 μ m，原料配比按照質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為:50?80% FeUO?15%Ti,5?10% W、2?10% B4C、0?5% C、3?10% WC，將反應(yīng)原材料放入混料機中球磨4h，取出后備用；
[0010]第二步:工件表面預(yù)處理
[0011]對工件表面預(yù)處理的目的主要是提高涂層與基體結(jié)合強度，分為清洗-噴砂兩個步驟:先使用丙酮或汽油徹底清除工件表面的油污，再對表面噴砂處理，除銹、除氧化皮，使表面呈銀灰色；
[0012]第三步:耐磨凸臺涂層制備工藝
[0013]將表面預(yù)處理后的工件置于等離子設(shè)備工作臺上，將粉末原料裝入粉筒裝中，以Ar和N2為氣體介質(zhì)，在等離子束熱源的加熱作用下，粉末在預(yù)處理的工件表面上發(fā)生原位反應(yīng)，形成鱗片狀形態(tài)的耐磨凸臺涂層；原位反應(yīng)式為:
[0014]Fe+Ti+W+B4C+C+N2— Fe+TiB 2+TiB+TiC+Fe2B+Fe3C+TiN+Ti (C, N) +WC ；
[0015]等離子熔射主要技術(shù)參數(shù):電流100-200A，電壓30-50V，Ar+N2總氣量:3_6L/min，N2氣量占10?30%，送粉量:10-50g/min，凸臺高度3?5_，凸臺直徑10?15_，等離子發(fā)生器的移動速度、凸臺部位熔射保持時間、凸臺數(shù)量、由凸臺塔接形成的鱗片狀表面形態(tài)皆可以連續(xù)調(diào)節(jié)，由凸臺構(gòu)成的硬化面積占整個工件表面積的百分比為50?80% ;
[0016]第四步:硬度檢測及涂層修整
[0017]工件處理完畢冷卻至室溫后，表面硬度可達(dá)到HRC58-65，厚度3?5mm，采用SiC砂輪磨削凸臺涂層表面，去掉毛刺，達(dá)到平整即可。
[0018]本發(fā)明的原理為:
[0019]利用高能量的等離子束，以Fe+B4C+Ti+W+C+WC為原料，以Ar和N2為氣體介質(zhì)，在韌性、塑性很好的普通低碳鋼或者低合金鋼表面，形成鱗片狀形態(tài)的耐磨凸臺(涂層)，內(nèi)部主要的物相組成為Fe-TiB2-TiB-TiC-Fe2B,另外還有少量Fe3C、TiN, Ti (C，N)。在等離子束熱源的加熱作用下，粉末中發(fā)生原位反應(yīng)，在耐磨涂層的金相組織中，硬質(zhì)相TiB2+TiB+TiC+WC+Fe2B+Fe3C+TiN+Ti (C, N)等為原位形成，其中TiB2、TiB, Fe2B等呈條狀、晶須狀，長約30?50um，而TiC、Fe3C、TiN、Ti (C，N)等呈細(xì)小的枝晶狀或者顆粒狀彌散分布于基體當(dāng)中，尺度約I?5um。此外，還有原位形成的尺度約I?5um的WC和外加的粗顆粒的粒徑為44-53 μ m的WC，前者分布于基體組織中，而后者分布于整個涂層中，這些陶瓷相對涂層形成多尺度、多相的復(fù)合強化，提高涂層自身的強韌性，表面硬度可達(dá)到HRC58-65 ;再通過精確控制等離子束流掃描加熱的速度和運動軌跡，可在表面形成魚鱗狀排列形態(tài)的耐磨凸臺，高度3?5mm。由于形成魚鱗狀的仿生結(jié)構(gòu)，表面相鄰?fù)古_之間保持一定的間距10?15mm，距離較近時相近凸臺之間會有一定重疊，距離較大時中間留有一定的空隙可以作為儲物槽。既可提高工件的耐磨性，又可提高涂層的結(jié)合力和韌性，提高工件表面的防粘、脫覆效果，延長工件的使用壽命。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021](I)等離子熔射耐磨凸臺(涂層)的硬質(zhì)相
[0022]TiB2+TiB+TiC+Fe2B+Fe3C+TiN+Ti (C, N)+WC 等皆為原位形成。在金相組織中，TiB2、TiB、Fe2B等呈條狀、晶須狀，長約30?50um，TiC、WC、Fe3C+TiN+Ti (C, N)呈細(xì)小的枝晶狀或者顆粒狀彌散分布于基體當(dāng)中，尺度約I?5um，這些陶瓷相對涂層形成多尺度、多相的復(fù)合強化，也提高涂層自身的強韌性，表面硬度可達(dá)到HRC58-65 ；
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