專利名稱：一種在碳鋼表面涂敷耐磨耐蝕涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自蔓延高溫合成技術(shù)制備金屬間化合物涂層的方法。特別是提供了一種在碳鋼表面涂敷耐磨耐蝕涂層的方法，利用自蔓延熔鑄技術(shù)在鋼表面涂敷Fe(Ni)-Al系金屬間化合物涂層的方法。
背景技術(shù)：
普通碳鋼的耐磨耐蝕性較差，一般通過(guò)表面強(qiáng)化或者形成耐磨涂層來(lái)提高其性能，一般采用PVD，CVD，表面化學(xué)熱處理，激光表面熔敷，熱噴涂等技術(shù)，這些方法都存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，成本高或者對(duì)設(shè)備要求高等缺點(diǎn)鐵鋁金屬間化合物具有低成本、較低的密度和顯著的抗高溫硫化、抗氧化能力，以及高硬度和優(yōu)異的抗腐蝕性能。目前鐵鋁金屬間化合物的生產(chǎn)方法主要包括熔鑄法和粉末冶金方法。
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，縮寫SHS)，是利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱制備材料的新技術(shù)。利用自蔓延反應(yīng)混合物在燃燒合成過(guò)程時(shí)產(chǎn)生的高溫超過(guò)產(chǎn)物熔點(diǎn)，形成熔體，采用冶金工藝處理熔體，可得到鑄件、涂層，或者完成焊接，這種方法稱為SHS冶金。自蔓延熔鑄是自蔓延冶金的一種形式。在自蔓延反應(yīng)中加入過(guò)量的Al即可生成Fe-Al金屬間化合物。
中國(guó)專利CN94104459.9提供了一種耐熱耐蝕鋼內(nèi)襯復(fù)合鋼管的生產(chǎn)方法，其特征是采用鋁熱離心法，在氧化鐵和鋁粉的混合物料中加入鉻，鎳，鎢，鈦等氧化物，利用鋁熱反應(yīng)放出的高溫將還原出的鐵，鉻，鎳等金屬和副產(chǎn)物氧化鋁熔化，熔融產(chǎn)物形成不同類型的不銹鋼和耐熱鋼，在離心力作用下，不銹鋼或耐熱鋼與外層母鋼管結(jié)合成復(fù)合鋼管，形成冶金結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在碳鋼表面涂敷耐磨耐蝕涂層的方法，采用自蔓延離心熔鑄法制備Fe(Ni)-Al金屬間化合物涂層，在碳鋼表面形成一種耐磨耐蝕的金屬間化合物涂層，實(shí)現(xiàn)了工藝過(guò)程更簡(jiǎn)單，成本低。
本發(fā)明中自蔓延反應(yīng)放出巨大的熱量，產(chǎn)物為熔融態(tài)，在離心力的作用下，液態(tài)的Fe和Al2O3分離，在反應(yīng)原料中加入過(guò)量的鋁，Al就會(huì)和Fe生成鐵鋁金屬間化合物。同時(shí)自蔓延反應(yīng)放出的熱量會(huì)使鋼表面熔化，使得鐵鋁金屬間化合物很容易與鋼基體形成冶金結(jié)合。反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層即可得到金屬間化合物涂層。具體工藝如下1、將Fe2O3粉和鋁粉混和，球磨2～3小時(shí)，其中鋁粉占混和粉總質(zhì)量的31～40％。
2、可以用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金屬間化合物涂層。
3、將球磨后的混和粉末堆敷在鋼基體表面，控制反應(yīng)原料的離心加速度在500～5000m/s2。
反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層即可得到金屬間化合物涂層。經(jīng)觀察分析，在鋼基體表面形成1～5mm的金屬間化合物涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，涂層與基體形成冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高。涂層厚度可控。涂層硬度均勻，維氏硬度HV0.3可達(dá)4.66GPa。


圖1為本發(fā)明采用軸向離心法為鋼管涂敷耐磨涂層反應(yīng)前的示意圖。其中，鋼基體1、氧化鐵粉、鋁粉的混合物2、用于點(diǎn)燃的鎢絲3。
圖2為本發(fā)明采用軸向離心法為鋼管涂敷耐磨涂層反應(yīng)結(jié)束后的示意圖。其中，生成的金屬間化合物涂層4、氧化鋁層5。
圖3為本發(fā)明為鋼板涂敷耐磨涂層的反應(yīng)前的示意4為本發(fā)明為鋼板涂敷耐磨涂層的反應(yīng)結(jié)束后的示意圖。
圖5是涂層與基體的結(jié)合處的掃描電鏡背反射照片。白色為鋼基體，灰色為鐵鋁金屬間化合物涂層。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1反應(yīng)原料氧化鐵粉320g，鋁粉144g，混合均勻后裝入要涂敷的鋼管中，鋼管尺寸為Φ74mm，壁厚4mm，長(zhǎng)200mm。圓管裝卡在離心機(jī)上，開動(dòng)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為500m/s2)，用鎢絲點(diǎn)燃物料，在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出巨大的熱量，冷卻后去除表面的氧化鋁層，即可得到以Fe3Al為主相的金屬間化合物涂層。
實(shí)施例2反應(yīng)原料氧化鐵粉32g，鋁粉21.6g，混合均勻。鋼板長(zhǎng)40mm，寬40mm，厚5mm，裝入石墨型腔中，石墨型腔裝卡在離心機(jī)上，型腔底部距離心機(jī)圓心20cm，開動(dòng)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為2240m/s2)，用鎢絲點(diǎn)燃物料，在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出巨大的熱量，冷卻后去除表面的氧化鋁層，即可得到以FeAl為主相的金屬間化合物涂層。
實(shí)施例3反應(yīng)原料氧化鐵粉320g，鋁粉180g，混合均勻后裝入要涂敷的鋼管中，鋼管尺寸為Φ74mm，壁厚4mm，長(zhǎng)200mm。圓管裝卡在離心機(jī)上，開動(dòng)離心機(jī)，轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分(反應(yīng)原料的離心加速度為4975m/s2)，用鎢絲點(diǎn)燃物料，在離心力下發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出巨大的熱量，冷卻后去除表面的氧化鋁層，即可得到以Fe3Al和FeAl為主相的金屬間化合物涂層。
權(quán)利要求
1.一種在碳鋼表面涂敷耐磨耐蝕涂層的方法，本發(fā)明中自蔓延反應(yīng)放出巨大的熱量，產(chǎn)物為熔融態(tài)，在離心力的作用下，液態(tài)的Fe和Al2O3分離，在反應(yīng)原料中加入過(guò)量的鋁，Al就會(huì)和Fe生成鐵鋁金屬間化合物；同時(shí)自蔓延反應(yīng)放出的熱量會(huì)使鋼表面熔化，使得鐵鋁金屬間化合物很容易與鋼基體形成冶金結(jié)合，反應(yīng)結(jié)束后去除掉表面的氧化鋁層得到金屬間化合物涂層；工藝為a、將Fe2O3粉和鋁粉混和，球磨2～3小時(shí)，其中鋁粉占混和粉總質(zhì)量的31～40％；b、將球磨后的混和粉末堆敷在鋼基體表面，控制反應(yīng)原料的離心加速度為500～5000m/s2。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金屬間化合物涂層。
全文摘要
一種在碳鋼表面涂敷耐磨耐蝕涂層的方法，屬于自蔓延高溫合成技術(shù)制備金屬間化合物涂層的方法。本發(fā)明中自蔓延反應(yīng)Fe
文檔編號(hào)C01F7/00GK1844452SQ20061001181
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者郭志猛, 高峰, 林濤, 隋延安 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)