[发明专利]铲齿及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨涂层的复合铲齿及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合铲齿及其制备方法，具体涉及一种应用于低合金高强度结构钢表面的耐磨碳化物涂层复合铲齿及其制备方法。

背景技术

随着工业技术的发展，耐磨材料的服役工况越来越严酷，大型、高效破碎设备要求耐磨材料能承受强冲击和高应力，并能安全、长期服役，因此铸造耐磨材料的强韧性和耐磨性涉及到部件能否安全、长期服役，是耐磨材料研究领域的永远追求的目标。

近年来，为了提高铲齿的使用寿命，各国在铲齿材料的研制、开发方面作了大量工作，铲齿材料由初期的单相奥氏体锰钢(Mn13)发展为改进型的高锰钢、中、低碳多元合金钢，强韧白口铸铁也取得了较大成果。然而仅仅提高铲齿基体材料的硬度仍然不足以保证其服役的持久性，因此在其工作部位增加涂层是解决该问题既经济又有效的手段。现阶段使用较多的为碳化物材料的涂层，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中VC_p是一种常见的涂层材料，其有如下特点特性：

(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能；

(2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；

(3)钒资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钒在金属基复合材料中获得普遍应用；

(4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；

(5)VC_p的标准生成焓△G₀值低，其合成反应易于进行；

(6)VC_p涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。因此，VC_p涂层材料被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。

目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。

因此如何在铲齿工作表面获得VC_p涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种铲齿，其齿前端工作部位的表面具有一种耐磨涂层，该耐磨涂层为V₂C致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合铲齿的制备方法。

进一步地，本发明还提供一种铲齿，其齿前端工作部位的表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于齿前端基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是低合金高强度结构钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。

所述铲齿，在其齿前端工作部位具有耐磨碳化物涂层。从而有利保证齿前端工作部位具有很高的硬度和很好的耐磨性，而齿身部分具有很好的韧性。

为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种铲齿，其齿前端工作部位的表面具有耐磨涂层，该耐磨涂层为V₂C致密陶瓷层；优选地，V₂C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。

更优选地，沿V₂C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为9-23μm，优选为12-20μm，更优选为15-20μm；优选地，其中V₂C的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，V₂C晶粒尺寸为20-50μm，优选为30-50μm。

此外，本发明还提供一种铲齿，其齿前端工作部位的表面具有梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的V₂C致密陶瓷层、微米V₈C₇致密陶瓷层、V₈C₇与基体的融合层。