[发明专利]一种制备二硼化钛和碳化钛强化铁基耐磨复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层材料的制备方法。

背景技术

二硼化钛和碳化钛陶瓷具有高强度，高硬度，高弹性模量(二硼化钛29.4GPa，碳化钛28GPa)，以及良好的化学稳定性，常常被用作耐磨复合材料中的增强相。制备二硼化钛和碳化钛强化铁基复合涂层，不仅可以充分发挥增强相高耐磨的特点，而且涂层韧性高、抗裂性好。同时，铁基合金同被修复的钢基构件成分接近，界面结合牢固，并且具有较低的成本。

通常的制备二硼化钛和碳化钛强化涂层的方法为热喷涂，感应熔覆，表面熔铸等方法，但是这些方法常常具有涂层结合强度低，不致密，厚度不易控制等缺点。如Shipway等人采用超音速火焰喷涂的方法制备了TiB₂，TiC联合强化涂层，但涂层厚度较薄而且致密度低。

专利CN101037771A公开了“一种制备TiC-TiB₂纳米-微米复相陶瓷涂层的方法”，该方法通过激光熔覆陶瓷粉末前躯体制备了TiC-TiB₂陶瓷涂层，但是该制备方法需对前躯体粉末进行等离子造粒致密化，并且需要喷涂Ni基合金打底层，因此工艺较为复杂。专利CN1962942A公开了“等离子控制原位生成TiC/金属复合熔覆层的方法”，该方法采用等离子弧熔覆钛铁和石墨粉末制备了TiC强化金属涂层，但由于等离子弧加热面积较大，涂层加工精度不易控制，而且当涂层中TiC含量较高时容易造成单相陶瓷积聚长大，降低涂层的塑韧性。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，而提供一种制备二硼化钛和碳化钛强化铁基耐磨复合涂层的方法，本发明制备方法简单，制备的复合涂层具有高硬度和极佳的耐磨损性能。

本发明采取的技术方案为：

一种制备二硼化钛和碳化钛强化铁基耐磨复合涂层的方法，包括步骤如下：

(1)从铁粉、钛粉、钛铁粉、碳化硼粉、硼铁粉与石墨粉中选取几种进行混合组成含铁、钛、硼、碳四种元素的混合粉末，添加Ni、Cr、Si和Y₂O₃中的一种或多种或者不添加，将上述粉末放在球磨机或混料机中混合均匀；

(2)将碳钢基体采用砂纸打磨平整，利用酒精或丙酮溶液进行表面清洗；将上述合金粉末与水玻璃，或者含漆片的无水乙醇调成糊状涂覆于碳钢金属表面，形成一层预置粉末；

(3)采用激光加热辐照上述预置粉末，使预置粉末以及部分碳钢基材熔化形成熔池并发生冶金反应，从而得到一层二硼化钛和碳化钛复合强化铁基涂层熔覆在钢材表面。

上述步骤(1)中各成分的重量份比为铁元素30-60份、钛元素20-60份、硼元素5-15份、碳元素2-8份、Ni 0-15份、Cr 0-20份、Si 0-5份、Y₂O₃ 0-3份。

步骤(1)中各成分的重量份比优选为铁元素30-60份、钛元素20-60份、硼元素5-15份、碳元素2-8份、Ni 5-15份、Cr 3-20份、Si 1-5份、Y₂O₃ 0.5-3份。

上述步骤(2)中所述的预置粉末厚度0.2-2mm。

步骤(2)中采用水玻璃时，水玻璃同合金粉末的重量比为1∶5-15；当采用含漆片的无水乙醇时，漆片占无水乙醇的质量分数为3-10％，含漆片的无水乙醇同合金粉末的重量比为1∶5-10。

步骤(3)采用CO₂气体激光器产生激光辐照预置粉末，加热预置粉末与部分基材形成最终涂层；激光功率为：1000-3500W；扫描速度为3-20mm/s；光斑直径为2-5mm；搭接率为10-50％；采用氩气作为保护气，流量为1-15L/min。

本发明采用激光制备的涂层同基体材料之间具有牢固的冶金结合而且涂层面积及厚度可调，涂层中的二硼化钛和碳化钛含量也可通过改变原始粉末成分和工艺参数进行调整。激光光斑直径小，可控性高，可以实现微区精密加工，而且所制备的涂层具有稀释率低、热影响区小、与基体形成冶金结合、残余应力小、易于实现自动化等特点。由于本方法采用原位合成路线在韧性极高的铁基体中形成了二硼化钛和碳化钛两种陶瓷增强相，增强相同基体结合牢固，并且二硼化钛和碳化钛在形成过程中独立形核、生长，可以有效降低熔覆层内增强颗粒急剧积聚长大及分布不均的缺点，从使得复合涂层具有极佳的耐磨损性能。本发明可用来制备抗粘着磨损、磨粒磨损的高硬度耐磨涂层。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1