[发明专利]一种金属材料表面强化方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面处理技术领域，具体涉及一种金属材料表面强化方法。

背景技术

随着社会的发展，人类的活动不断向超高温领域扩展，材料的使用温度不断提高。然而，目前正在使用的超高温材料都存在各种难以克服的问题，如钨的低温脆性导致其很难加工；各种超高温陶瓷具有本征脆性和制备的复杂性；碳-碳复合材料则抗氧化性太差，亦无法完全满足苛刻的极端热环境的要求。许多很好的设计思想因材料无法满足要求而无法实现，因此，材料就成了限制和阻碍超高温应用的瓶颈。

为了提高现有材料的使用温度，人们想尽了各种办法。采用了多相复合陶瓷和在陶瓷中添加高强度纤维，来克服陶瓷材料的脆性；在碳-碳复合材料表面制备各种涂层来防止氧化，其中的一种方法就是采用难熔金属碳化物在碳-碳复合材料表面制备抗氧化涂层，特别是使用TaC作为主成分原料掺入碳-碳复合材料基体中，或使用钽化合物前躯体烧结反应在表面生成TaC薄层，但效果都不理想，制备的表面涂层大多厚度较薄或耐高温性能较低或具有多孔性，从而导致涂层强度低、耐高温性差或过早失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种方法简单、设备常见、易于实现的金属材料表面强化方法。采用本发明的方法可提高金属材料的表面强度、硬度和抗磨、抗氧化、抗腐蚀性能，对材料整体的性能改变小。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属材料表面强化方法，其特征在于，该方法为：首先将金属元素粉末与非金属元素粉末按2∶1～4的原子比混合，然后向混合物中加入粘接剂并搅拌均匀使混合物呈糊状，接着将糊状混合物均匀涂覆于待强化的金属材料表面形成涂层，再在氩气气氛保护下采用点状热源对金属材料表面形成的涂层进行逐行扫描，最后在氩气气氛保护下冷却得到表面强化的金属材料；所述金属元素为稀有金属元素，所述非金属元素为C、B和Si中的一种或几种。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述稀有金属元素为Ta、Hf和Zr中的一种或几种。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述粘接剂为水玻璃、淀粉粘接剂或蔗糖水溶液。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述涂层的厚度为0.1mm～2mm。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述点状热源由氩弧焊枪产生。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述氩弧焊枪的工作电流为50A～200A。

上述的一种金属材料表面强化方法，所述逐行扫描过程中控制点状热源与待强化的金属材料的相对移动速度为1mm/s～10mm/s，扫描行间距为1mm～5mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明方法简单、设备常见、易于实现。

2、本发明先在基材表面涂覆一层涂层，然后采用应用广泛、成本低廉的氩弧焊枪(也可用电子束、激光等点状热源)对涂覆层进行逐行扫描，诱发涂层中元素粉末间的放热化合反应，使外加热量和涂覆层的放热集中于一个小区域中，热量高度集中，涂覆层完全熔化，并能充分反应，熔体冷却后便形成了与基材结合良好的致密涂层。本发明利用了涂层体系本身的化合热，可节约能源，减小设备功率。

3、采用本发明的方法可提高金属材料的表面强度、硬度和抗磨、抗氧化、抗腐蚀性能，对材料整体的性能改变小。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1经表面强化后的TaW10合金材料的显微结构图。

具体实施方式

实施例1

TaW10合金材料表面的强化

首先将金属元素粉末Ta与非金属元素粉末C按1∶1的原子比混合，然后向混合物中加入粘接剂(水玻璃)并搅拌均匀使混合物呈糊状，接着将糊状混合物均匀涂覆于待强化的TaW10合金材料表面形成厚度为0.5mm的涂层，再在氩气气氛保护下采用氩弧焊枪产生的点状热源对TaW10合金材料表面形成的涂层进行逐行扫描，氩弧焊枪的工作电流为50A，逐行扫描过程中控制点状热源与TaW10合金材料的相对移动速度为1mm/s，扫描行间距为3mm，最后在氩气气氛保护下冷却得到表面强化的TaW10合金材料。

图1是本实施例经表面强化后的TaW10合金材料的显微结构图。从图中可以看出，经表面强化后的TaW10合金材料表面具有一层TaC熔敷层，熔敷层和合金基材之间有一具有成分梯度和组织梯度的过渡层，熔敷层、过渡层和合金基材间无明显的平直界面。