[发明专利]三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法，属于金属材料的镀覆领域。其目的是为了提供一种制备简单、涂层耐磨性能高、成本低的三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法。本发明三元硼化物强化铁基耐磨涂层是由包括三元硼化物粉末和铁基合金自熔粉末、或镍基合金自熔粉末的原料，采用感应熔覆工艺在基体材料表面制备得到的高耐磨铁基涂层；本发明的制备方法，包括以下步骤：三元硼化物粉末的制备；Q235钢基体的表面处理；感应熔覆预涂层的制备；采用感应熔覆设备加热。本发明的三元硼化物强化铁基耐磨涂层具有很高的硬度和耐磨性，在挖土机铲齿、球磨机衬板、煤矿所用刮板输送机、轴承等需要耐磨的地方都可以应用。

技术领域

本发明属于金属材料的镀覆领域，特别是涉及一种铁基耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

Fe60等铁基自熔合金粉末是典型的激光制备高硬度高耐磨合金涂层的原材料，其缺点是熔点较高、自熔性较差、激光熔覆层裂纹敏感性大、容易产生气孔等，这些缺点限制了其应用的广泛性。特别是当利用激光熔覆沉积制备大尺寸高厚度(＞3mm)摩擦零件时，应力和组织相变应力导致的裂纹使制约激光成形高性能摩擦零件的关键难题。因此，对于激光增材制造高耐磨铁基合金零件，需要从合金成分设计入手、通过添加增强增韧成分形成新的合金成分体系，研究激光增材制造调控组织结构与性能新方法。

三元硼化物具有高硬度、高弯曲强度、低密度、耐磨损、耐腐蚀等优异性能，以及与钢基体的热膨胀系数接近等特性，是钢基体理想的覆层材料。铁基合金来源广泛、价格低廉，在低于200℃时硬度及性能良好，但是在熔覆用铁基合金粉末中加入三元硼化物，以此来制备高耐磨铁基涂层的研究却不多见。

目前熔覆技术主要有：激光熔覆、感应熔覆、等离子熔覆、真空熔覆、整体加热重熔、火焰熔覆、堆焊等。但是激光熔覆设备造价高，熔涂过程的自动控制程度低，涂层表面不平整，后续加工量大，涂层容易出现开裂及脱落；等离子熔覆涂层合金易过热流淌或氧化烧损严重，熔覆层经常会出现一些裂纹，工艺要求高；真空熔覆需要真空环境，实际操作难度大，成本高；整体加热重熔是整体加热，对基体的热影响大；火焰熔覆对基体的热影响大，涂层熔融时易氧化，且受手工操作的影响大，容易出现表面不平且效率低下；我国堆焊材料的特点是手工焊条比例大，而手工堆焊费事、费工、生产效率低，且对基体的稀释率大。而感应熔覆技术具有对基体的稀释率小、成本低、涂层的结合强度高、工作环境清洁等许多优点。

专利CN1970843A公开了一种等离子喷涂制备三元硼化物基陶瓷涂层的方法，采用等离子喷涂方法，在钢铁材料表面上通过原位反应获得三元硼化物(Mo₂FeB₂)基金属陶瓷涂层，再经过正火处理，使涂层和基体材料之间发生化学反应，形成反应界面，耐磨性得到很大提高，但是涂层制备工艺较为复杂。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种三元硼化物强化铁基耐磨涂层及其制备方法，本发明制备方法简单，制备的铁基涂层具有较高硬度和极佳的耐磨损性能，成本低，易于实现工业化。

本发明涉及一种三元硼化物强化铁基耐磨涂层，所述涂层是由包括三元硼化物粉末和自溶合金粉末的原料，采用感应熔覆工艺在基体材料表面制备得到的高耐磨铁基涂层；所述自溶合金粉末包括铁基合金自熔粉末、或镍基合金自熔粉末；

所述三元硼化物粉末按以下步骤制备得到：

分别称取TiO₂粉末、Cr₂O₃粉末、B₄C粉末、C粉，混合得到混合粉末1，向混合粉末1中加入适量的水溶性有机胶和纯净水；经过球磨混料、喷雾造粒、反应烧结制备得到Cr_0.1～0.9Ti_0.1～0.9B₂，即三元硼化物粉末；所述水溶性有机胶为聚乙烯醇、羧甲基纤维素、阿拉伯树胶、糊精中的一种或多种的混合。

优选地，所述基体材料包括Q235钢基体材料。