[发明专利]一种钢件表面高温耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢件表面处理技术领域，特指一种钢件表面高温耐磨涂层的制备方法。

背景技术

Fe-Al金属间化合物具有高温抗氧化性好、耐蚀性强及比强度高等一系列优点，钢件的液态浸镀铝获得Fe-Al金属间化合物涂层广泛用于耐蚀和高温耐氧化的环境下，如以下专利：200410020758.8 （一种在钢铁表面制备铁铝金属间化合物涂层及热处理方法）、200810138019.7 （重型汽车排气管热浸渗铝的工艺方法）、200910017800.3（一种钢制散热器热浸渗铝工艺）等，但液态浸镀铝所获得的Fe-Al金属间化合物一直被认为耐磨性不足，因此未见用于磨损工况，特别是高温磨损工况下。

采用液态浸镀铝和随后的复合扩散处理获得Fe-Al金属间化合物和少量Al₂O₃复合涂层；该涂层不仅具有优异的高温抗氧化性、耐蚀性，还具有极高的高温耐磨性；在复合涂层中Al₂O₃控制为少量，保持涂层强韧性，不至于高的Al₂O₃量导致涂层脆化；少量Al₂O₃可以对高温下初期磨损起到一定的抗磨作用，随着磨损进行，少量的Al₂O₃会剥落，但少量的Al₂O₃又会不断地产生于Fe-Al金属间化合物与大气作用中，因此，复合涂层的高耐磨性决定于Fe-Al金属间化合物的高温强度和与大气中不断形成的少量Al₂O₃。

采用液态浸铝和复合扩散处理在钢表面获得耐高温磨损涂层是一种新方法，通过复合扩散处理工艺控制Fe-Al金属间化合物的物相和少量Al₂O₃的出现，使复合涂层达到耐蚀、耐氧化和耐磨性能有机结合在一起的优势，使液态浸镀铝工艺的应用领域更加扩展，具有节能、节材、工艺简便等优点，目前国内外尚未见利用液态浸镀铝和扩散处理获得耐高温磨损涂层的研究报道，具有创新性。

发明内容

本发明的目的是为了解决以往液态浸镀铝工艺获得的Fe-Al金属间化合物涂层仅具有耐蚀和耐高温氧化性而无高温耐磨性的问题，本发明中液态浸镀铝和复合扩散处理在钢表面获得耐高温磨损涂层，同时具有耐氧化和耐腐蚀性，该方法具有节能、节材、工艺简便等优点，可广泛用于高温耐磨件的表面强化。

液态浸镀铝和扩散处理后获得的Fe-Al金属间化合物包含Fe₂Al₅、FeAl、Fe₃Al；其中Fe₂Al₅为脆性相，而FeAl和Fe₃Al为韧性相，通过扩散处理控制涂层中主要物相为FeAl和Fe₃Al，同时表面产生少量的陶瓷相Al₂O₃，少量陶瓷相保证与金属间化合物的紧密结合，在高温磨损工况下，少量陶瓷相对初期磨损起到保护作用；而随后磨损过程中FeAl和Fe₃Al会在高温、高压下不断的产生少量陶瓷相Al₂O₃，继续起到耐磨保护作用，可使磨损量趋近于零；可见，采用本专利方法获得的涂层不仅具有好的耐蚀性和耐高温氧化性，还具有优异的高温耐磨性。

本发明工艺流程包括对钢件的前处理、浸镀铝和扩散处理；浸镀铝在720-800℃铝液中浸镀1-10min；在保护气氛或真空中进行850-1100℃、1-5 h和在空气中进行400-600℃、20-30 min的复合扩散退火，通过调整扩散处理温度和时间，得到厚度为100-500μm的以含FeAl和Fe₃Al (90-95wt%)为主的金属间化合物和少量Al₂O₃(5-10wt%)复合耐磨涂层。

所述的对钢件的前处理指依次对钢件进行碱洗、酸洗和助镀。

所述的碱洗指：在50℃-70℃，10wt%-20wt%的NaOH水溶液中处理8-10min。

所述的酸洗指：在40℃-50℃，5wt%-8wt%的HCl水溶液中处理10min。