[发明专利]耐高温冲蚀磨损的耦合仿生零部件及其仿生表面制备方法

说明书

本发明涉及一种耐高温冲蚀磨损的耦合仿生零部件及其仿生表面制备方法，该零部件表面采用焊接方法制备大尺寸仿生柱状凸起和小尺寸仿生柱状凸起；大尺寸仿生柱状凸起分布规律采用45°交错排列的分布方式，且大尺寸仿生柱状凸起在横向、纵向上中心间距相等，其中心间距为其直径的1.5‑2倍；大尺寸仿生柱状凸起与小尺寸仿生柱状凸起存在一定的高度差，且小尺寸仿生柱状凸起均匀分布在相邻四个大尺寸仿生柱状凸起的间隙当中。本发明大幅提高了材料表面的抗高温磨损性能，同时在改善韧性和抗疲劳性能上实现了可控优化，显著改善了耐热部件在各种工况下的适应能力和使用寿命，同时有助于降低成本。

技术领域：

本发明属于耐高温冲蚀磨损零部件制造技术领域，涉及一种具有仿生耐高温冲蚀磨损工作层的耐热零部件。

背景技术：

冲蚀磨损是工程材料破坏的主要磨损形式之一，约占工业生产中磨损破坏总数的8％，在生产实际中，冲蚀磨损很大程度地促使了设备的失效和材料的破坏，每年由于冲蚀磨损所造成的能源和材料的消耗与浪费是无比巨大的，特别是高温冲蚀磨损对材料和装备造成的破坏更为严重，而且随着科学技术的发展,要求钢铁材料零部件能够在高温的环境下服役的情况会越来越多,并且服役条件对耐磨性的要求也越来越高,这样就对零部件的制造加工提出了更高的要求。

耐热钢在高温下具有良好的力学性能和抗氧化能力，因此常被用于制造各种高温环境下使用的机械零部件，其中铬镍型耐热钢在高温条件下具有良好的蠕变性能和优良的抗氧化能力，如40Cr25Ni20，30Cr20Ni10，30Cr26Ni5等，其室温和高温机械性能良好、加工工艺和焊接工艺简单易行，因而被广泛应用1000℃左右的工作环境中，但其受硬度低、耐磨性差等性能缺点的制约，往往不能直接应用于高温耐磨零部件的制造。由于磨损基本发生于材料或零部件的表面，因此采用先进的技术方案提高耐热钢表面抗高温磨损性能无疑具有较高的经济性和可行性。

目前提高耐热钢零部件高温冲蚀磨损性能主要采用多元合金化提高耐热钢抗高温冲蚀磨损性能及在零部件表面制备抗冲蚀磨损涂层等方法：

第一、采用多元合金化提高耐热钢抗高温冲蚀磨损性能(毕继鑫.抗磨耐热钢组织和性能的研究[D].山东：山东科技大学，2008:1-6.)。该方法通过设计并优化耐热钢合金成分，提高耐热钢在高温工况下的硬度、耐磨性及抗氧化能力，进而提高材料在高温工况下的使用寿命。

其缺点是：在零部件实际使用过程中要求材料具有良好的综合性能，需要兼顾材料的强度、耐磨性和韧性等性能指标，但同种材料的强度、硬度和塑性、韧性是相互矛盾的，很难兼顾，因此制约了材料综合性能的改善；

采用多元合金化的方法对耐热钢进行整体改性，由于合金元素的价格昂贵，要提高材料的性能和使用寿命需要加入大量的合金元素，提高了产品的成本，限制了零部件性能的开发；在零部件使用的过程中，大部分失效是由于材料表面失效引起的，而采用整体改性的方法来改善材料整体的性能，在一定程度上造成了浪费；另外，在材料冶炼铸造的过程中，容易受到外界不可控因素的影响，对材料性能的提高造成很大影响。

第二、采用在零件表面制备抗高温冲蚀磨损涂层的办法(孟凡刚，王勇，董立先，韩涛，曾立波.电弧喷涂药芯丝材涂层的组织和高温冲蚀性能[J].中国石油大学学报，2009(33)2：122-126.该方法在基材表面采用电弧喷涂技术制备颗粒增强金属基复合材料防磨涂层，通过涂层对材料表面进行防护，提高材料表面抗高温冲蚀磨损性能。

其缺点是：涂层与金属基体之间的结合力大部分属于附着力，易受多种因素影响，如基体表面粗糙度、基体与镀层表面能等，镀层容易出现结合力不均匀甚至不合格，造成耐磨表面容易脱落、腐蚀等问题；在抗高温冲蚀方面，要求涂层具有较好的综合性能，即高硬度与高韧性，但两者很难兼顾，往往造成镀层硬度高，但脆性大，容易脱落，使用寿命下降；为了提高涂层与基体的结合状态和结合力，基体往往需要进行严格的处理，增加了工艺的复杂性，提高了成本。

发明内容：