[发明专利]一种多尺度颗粒增强的等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多尺度颗粒增强的等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层及其制备方法，属于表面耐磨涂层技术领域。本发明的等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层由如下质量百分比的组分经等离子堆焊后制得：铁基自熔性合金粉末48％～69％、微米Cr₃C₂粉末30％～50％、微米Ti粉末0.5％～1％、纳米Y₂O₃粉末0.5％～1％。上述等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层的制备包括以下步骤：基材预处理、复合粉末的配制及烘干、涂层的制备和后热处理。通过使用本发明的技术方案，能够使多尺度颗粒增强的等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层的硬度、耐磨性得到进一步提高的基础上，还能明显改善涂层的工艺特性，有效防止涂层裂纹的产生。

技术领域

本发明涉及表面耐磨涂层技术领域，更具体地说，涉及一种多尺度颗粒增强的等离子堆焊铁基过共晶耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

材料表面的磨损给机械零部件造成了不可避免的损害，从而造成了材料和能源的严重浪费，因此，利用表面改性技术对材料表面进行处理以提高材料的性能具有重要意义。等离子堆焊技术是利用高温等离子弧将合金粉末与基材材料加热融化，在冷却过程中，基材表面迅速形成一层区别于基材材料综合性能较好的堆焊涂层。等离子堆焊技术应用广泛，操作简单，可控性好，可堆焊各种金属，使用材料范围广。因此，利用等离子堆焊技术在基材材料表面制备耐磨涂层效率高，适用于冶金、矿山、运输、机械等领域的耐磨防护处理。

等离子熔覆粉末主要可以分为自熔性合金粉末和复合粉末两类。常用的自熔性合金粉末主要包括铁基、钴基和镍基合金粉末，而铁基合金粉末价格低廉，应用广泛，且大部分基材材料为钢铁材料，与铁基粉末具有良好的相容性。但单一的铁基合金涂层硬度较低、耐磨性一般，无法满足苛刻环境下的工作要求。因此通过添加陶瓷颗粒来制备耐磨性能较好的复合涂层成为研究的重点。Cr₃C₂作为一种陶瓷增强相具有高熔点、高硬度等特点，相对于TiC、WC等陶瓷粉末，Cr₃C₂熔点相对较低，在液态合金熔池中的溶解特点易控制，且Cr元素是耐蚀性元素，因此可以选用Cr₃C₂作为增强相来制备复合涂层。为了提高涂层的硬度和耐磨性，可以增加陶瓷颗粒的含量，但由于陶瓷相与金属基体热物理性能差异大，当Cr₃C₂的加入量较多时堆焊涂层工艺特性变差，复合涂层以过共晶方式结晶，初生碳化物组织粗大、分布不均匀，涂层有开裂倾向。如专利公开号：CN102899662B，公开日：2014年06月11日，发明创造名称为：一种(Cr,Fe)₇C₃柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法，该申请案以质量比分别为1:5、3:5和1:1的碳化铬粉末与铁基粉末的混合粉末作为熔覆材料，使用等离子弧进行熔覆，其中转移弧电流为80～120A；等离子氩气流量为3-6L/min；送粉氩气流量为1.5-3L/min；保护气体为氩气。该申请案制备的(Cr,Fe)₇C₃柱状碳化物增强Fe基涂层过程简单，(Cr,Fe)₇C₃增强相为原位生成，与基体结合力较大，但当加入的碳化铬含量较高时，柱状碳化物含量升高，不均匀性增加，仍然存在脆性剥落倾向，从而不利于涂层抗磨损性能的发挥。