[发明专利]一种金刚石增强高熵合金复合涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种金刚石增强高熵合金复合涂层的制作方法，包括以下步骤：采用机械的方法预处理工件表面进行除油除锈，将Cu、Ni‑Cr‑B‑Si、Co‑Cr‑B‑Si、Fe‑Cr‑B‑Si球磨混合制成高熵合金粉，混合后预制在钢基体表面经感应加热制得高熵合金涂层，然后在惰性气体Ar的保护下加热并压入粒径3‑35μm大小的金刚石，制得金刚石增强的高熵合金复合涂层。该涂层具有更高的硬度和耐磨性，而且高温压入金刚石避免金刚石在加热时的石墨化，此外金刚石在界面处形成了少量碳化物，提高了连接强度。高熵合金基体和金刚石都具有高强度、高耐磨的特点，使得涂层具备良好的耐磨、耐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属材料表面处理，更具体涉及一种熔覆制备金刚石增强高熵合金复合涂层。

背景技术

农业机械、矿山机械等机械产品常工作在恶劣的磨损环境中，因此其设备部件常承受较大的磨料磨损，该类磨损实质是从材料表面上切下微量切屑而造成的。从实验室里磨料磨损试验所获得的磨屑，观察发现其类似于切削加工的切屑一样，呈螺旋形、弯曲形等，因此提高表面硬度可以解决此类磨损。为降低物料、硬质颗粒对设备部件冲刷造成的磨料磨损，在设备部件表面常涂敷一层耐磨材料来提高硬度，能够起到保护设备部件的作用。耐磨涂层技术可以在基材表面获得性能优异（如高硬度、耐磨性和耐腐蚀高等）的涂层。制备涂层的方法有热喷涂、熔覆、溅射、气相沉积等，其中热喷涂工艺需专门的设备和熟练的操作技术，一般涂层相对较薄，大面积施工效率较高。熔覆通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能束使之与基材表面薄层一起熔化后凝固的方法，在基层表面形成与基体冶金结合的添料熔覆层。溅射、气相沉积时基材温度低，而且需要真空环境，因此涂层结合力偏小，成本高，而且该技术不适用于大尺寸的零件。金刚石具有极高的耐磨性、耐蚀性和低的摩擦系数，随着金刚石的制造技术的发展，金刚石的价格大幅下降，因此将金刚石用于制备耐磨涂层、提高涂层的耐磨性成为可能。金刚石具有较高的表面能，且易热损伤，使普通金属材料很难润湿，并且高温易导致金刚石石墨化，降低金刚石性能，最终降低涂层的质量。采用熔覆技术制备一层与基体有化学冶金结合且具有较高的硬度和耐磨性涂层，在此基础上，利用熔覆材料中含有的Cr作为活性元素，压入金刚石磨粒后能够提高金刚石与涂层的连接强度，金刚石为增强相，进一步提高涂层的硬度，最终提高零部件耐磨料磨损的性能。该类涂层因含有脆性的金刚石，因此不能承受大的冲击载荷，避免用于冲击较大的工况。

本发明在熔覆有类似钎料成分的涂层上，在加热的熔覆层上利用压力将磨粒压入涂层中，形成金刚石增强的高熵合金耐磨涂层。

发明内容

本发明所要解决的问题是提高钢基体的耐磨性和耐蚀性，首先在钢基体表面感应熔覆含有活性元素Cr的涂层，在加热后涂层具有较好塑性的同时，将金刚石颗粒压入中温的涂层，在较高温度下金刚石与涂层间的活性元素Cr有少量反应并形成碳化物，提高金刚石与涂层的连接强度，使金刚石成为增强相，进一步增强了涂层的硬度。最后形成金刚石增强高熵合金的耐磨涂层。

本发明制备金刚石增强高熵合金复合涂层的方法，包括下述工艺步骤：

步骤一、对低碳钢工件表面进行预处理，即用砂轮或砂纸打磨表面进行除锈、除毛刺和飞边，用丙酮清除表面的油污。