[发明专利]原位自生WC+TiC复合增强铁基耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨涂层领域，特别是原位自生WC+TiC复合增强铁基耐磨涂层的制备方法。

背景技术

目前，世界有一半以上的总能源被一种或多种形式的摩擦所消耗。2006年我国因摩擦、磨损而导致的损失约高达9500亿元，而通过改善和降低摩擦磨损可节省3200亿元。为了提高金属的耐磨性，通常采用表面技术来获得耐磨涂层。涂层材料多为复合材料，其增强相常选用硬度和耐磨性较高的碳化物。TiC和WC是两类较重要的碳化物，如：尺寸较小的TiC颗粒（5~15μm）为钛基复合材料的增强相，被用于航空航天领域；尺寸较大的WC（40~60μm）是制造硬质合金的主要原料，被用于切削刀具钻头等，有“工业牙齿”美称。目前这两种增强体多为独立增强，使用中存在一些增强相与基体硬度不匹配等问题。若能把这两种不同尺度的增强相采用原位合成法进行复合增强，则可克服单一尺度增强体使用上的局限性，不同尺度增强体之间可以“取长补短”，对基体增强产生“复合效应”。同时，原位合成的增强相与金属基体之间界面清洁、结合力高，可避免发生增强相磨损时的脱落问题，具有十分重要的创新价值和工程应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供原位自生WC+TiC复合增强铁基耐磨涂层的制备方法，由于利用了不同尺度碳化物TiC和WC复合增强，因此可克服目前单一尺度增强体使用上的局限性，不同尺度增强体之间可以“取长补短”，对基体增强产生“复合效应”；另外，通过原位合成的TiC与WC与基体之间润湿性好，结合力大，可有效避免摩擦磨损时增强相脱落。

本发明的技术构思：Ti为强碳化物形成元素，所以Ti+C=TiC反应较易进行。而W为弱碳化物形成元素，因此W+C=WC合成反应所需的动力学时间较长，所以目前采用原位合成方法获得WC的工艺不仅复杂而且设备较专业。本发明采用陶瓷保温套对涂层熔池加以保温，延长了熔池在液态下停留时间，同时利用等离子弧对熔池持续加热一定时间，从而为W+C=WC在熔池中顺利反应提供了所需的动力学时间。

本发明技术方案为：

原位自生WC+TiC复合增强铁基耐磨涂层的制备方法，其特征在于：把耐高温陶瓷套粘结在基板上，在耐高温瓷套中装入合金混合粉末，经等离子束加热熔化后，在金属基板上原位合成出多元碳化物WC+TiC复合增强铁基耐磨涂层，具体步骤为：

（1）对基板进行机械加工，并用丙酮清洗表面的油脂；若基板为失效零部件再制造时，则需对基板表面进行喷砂或手持砂轮打磨处理，并用丙酮清洗表面的油脂；将预处理好的的基板放在工件台上，夹紧固定；

（2）合金混合粉末选用的粒度为10～250μm，按比例进行搅拌均匀混合；其中，按质量百分比，W粉为30～70%、Fe-Ni粉为30～70%，Ti粉为0～5%、C（石墨）粉为0～5%； 

  （3）把合金混合粉末装入粘结在基板上的耐高温陶瓷套中，再利用等离子束对合金混合粉末进行加热熔化，经原位反应获得耐磨涂层；等离子束加热时的技术参数为：首先采用非转移型等离子弧对表层粉末进行熔化，其中，非转移型等离子弧，电流为：25～45A、电压为：40～55V、加热时间为4～6秒；然后采用转移型等离子弧对内层粉末进行加热熔化获得涂层，其中，转移型等离子弧，电流为30～50A、电压为40～60V、加热时间为6～8秒；涂层熔池（溶液）在耐高温陶瓷套作用下（处于耐高温陶瓷套中），在空气中自然冷却。

在上述制备方法中，所述基板材料为低碳钢、中碳钢、不锈钢或铸铁中的一种。

在上述制备方法中，合金混合粉末装入耐高温陶瓷套中，避免合金混合粉末被离子气及保护气吹散；且该耐高温陶瓷套可使熔化熔液在液相下停留8～15秒，从而保证原位反应W+C=WC充分进行。

在上述制备方法中，所述步骤（3）预敷粉末装入耐热陶瓷套中，耐热陶瓷材质为氧化铝含量为99.5%的刚玉。

本发明的有益效果：

（1）该方法所生成的增强相为原位合成的多元多尺度碳化物复合生长，可克服单一尺度增强相使用上的局限性，不同尺度增强相之间可以“取长补短”，对基体增强产生“复合效应”；

（2）原位生成的TiC与WC与涂层基体结合力大, 可解决磨损中增强相脱落的问题；

（3）用来合成TiC与WC的原料较便宜，制备所用的等离子束设备简单、移动灵活、不受使用场地限制；

 （4）对基板材料的形状尺寸适应性强，可在规则、非规则平面、大于一定尺寸的内腔零部件表面等制备涂层；