[发明专利]带有Fe基陶瓷过渡涂层的TiC+TiB2梯度涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂层制备工艺，尤其是一种以等离子束熔射Fe+FeB+TiC+TiB₂+Fe₃C涂层为过渡层，以TiC+TiB₂复相陶瓷涂层为最上层的梯度涂层及其制备方法，属于材料合成与加工领域。 

背景技术

在冶金矿山领域大量零部件处于严重的磨损条件下，需要提高硬度和耐磨性，以延长使用寿命，提高工作效率。在工作表面制备高硬度的耐磨涂层，是提高使用寿命，节能节材的重要途径。针对不同材料和工矿条件需要，世界各国都相继开发出一系列耐磨涂层制备技术，并在不同行业推广应用，都在一定程度上提高了工作的耐磨性，延长了使用寿命。金属陶瓷、复相陶瓷复合涂层在耐磨构件的制造和修复中具有广泛用途，TiC、TiB₂陶瓷涂层或者颗粒增强金属复合涂层是一类具有广泛工业应用前景的耐磨涂层.因其具有低摩擦因数、高硬度、低密度以及良好的高温稳定性，有希望逐渐取代传统的以WC和Cr₃C₂颗粒为增强相的复合涂层。 

目前，虽然通过不同方法制备TiC、TiB₂陶瓷涂层或者颗粒增强金属复合涂层，但存在下列缺点：(1)纯粹的TiC、TiB₂陶瓷材料涂层，与基体硬度很难匹配，涂层与基体结合强度低；(2)涂层中强化相为外部加入，在涂层中分布不均匀，涂层的成分、性能、厚度等调节范围小，很难满足多种负荷条件下工作的零部件的耐磨性能要求，应用领域有限。 

激光和等离子熔覆是目前利用激光对材料表面进行改性时效率较高的一种，尤其是同步送粉的熔覆。等极大地避免了基体对熔覆层合金的稀释，利用激光、等离子快速重熔产生的温度梯度，形成组织非常细密的耐磨涂层。等离子原位反应是一种将自蔓延高温合成(SHS)与等离子熔覆相结合的技术，具有陶瓷增强相原位合成，结合界面洁净，涂层厚度、成分、性能调整范围大等优点。但适合的反应体系少，等离子束加热与自蔓延过程容易分离，涂层结合强度低。 

发明内容

本发明的目的在于针对上述不足，提供一种由等离子束熔射加热制备的，带有Fe陶瓷过渡涂层的，表层为TiC+TiB₂的梯度涂层及其制备方法。 

本发明的技术方案为：一种带有Fe基陶瓷过渡涂层的TiC+TiB₂梯度涂层，所述的Fe陶瓷过渡涂层是以工业纯的Fe、Ti、B₄C、C黑粉末为原料，通过等离子束熔射加热，所形成的Fe基陶瓷过渡涂层，涂层中增强相FeB+TiC+TiB₂+Fe₃C为原位冶金反应形成，反应式为 

(5+x)Fe+7Ti+2B₄C+5C→xFe+3TiB₂+2FeB+Fe₃C+4TiC原料中Fe、Ti、B₄C、C黑粉末的配比以摩尔分数称量，摩尔分数Fe∶Ti∶B₄C∶C黑＝(5+x)∶7∶2∶5，其中x为过量的Fe的摩尔分数； 

在此过渡涂层基础上第二次熔射，形成TiB₂、TiC表层，此次粉末原料为Ti、B₄C、C粉末，依据如下反应式 

(3+y)Ti+B₄C+yC＝2TiB₂+(1+y)TiC 

原料中Ti、B₄C、C黑粉末的配比以摩尔分数称量，摩尔分数Ti∶B₄C∶C黑＝(3+y)∶1∶y，其中y为过量的C黑的摩尔分数。 

优选的是，所述的x为过量的Fe的摩尔分数，数值区间为3-15；所述的y为过量的C黑的摩尔分数，数值区间为0-5。 

优选的是，Fe基陶瓷过渡涂层厚度0.8-1.5mm，硬度1100～1300HV；TiC+TiB₂陶瓷表层厚度1.5-2.2mm，硬度可达1400～1800HV。 

所述的带有Fe基陶瓷过渡涂层的TiC+TiB₂梯度涂层的制备方法，包括以下步骤： 

第一步：备好工业纯的Fe、Ti、B₄C、C黑粉末为原料，Fe、Ti、C黑粉末粒度为200目，B₄C颗粒选择较细W10粒度； 

第二步：粉末称量、配制