[发明专利]钢铁工件弧形表面多元多尺度增强层的制备方法

说明书

本发明公开了一种钢铁工件弧形表面多元多尺度增强层的制备方法，包括将铌箔包覆在钢铁工件弧形表面，外侧包覆石墨纸，形成预制体，将预制体放入复合式分段热压模具中，然后将复合式分段热压模具连同预制体一起放入真空快速热压烧结炉中，将炉温升高至950℃‑1050℃保温一段时间，再随炉冷却，即在钢铁工件弧形表面制得多元多尺度NbC‑Fe增强层，该增强层层厚均匀，组织致密，硬度高，抗腐蚀性能好，与基体结合强度高。

技术领域

本发明属于复合耐磨材料技术领域，涉及钢铁工件弧形表面多元多尺度增强层的制备方法。

背景技术

钢铁作为工业领域的常用材料，一直以优良的力学性能，低廉的制备成本受到市场青睐，但随着工业领域迈入现代化、精尖化，市场也对传统钢铁提出新的要求，单一的钢铁材料性能有限，因此钢铁材料复合化是必然趋势。

目前，对钢铁材料表面进行强化处理也可以实现钢铁材料复合化。钢铁作为机械制造中的重要钢件，抗拉强度和抗震性能良好，为增强其表面硬度和耐磨性，目前主流的方法是在其表面通过激光熔覆、原位生成等方法制备一层陶瓷增强层，如何在异形表面，如上下半径一致的圆弧、轴承内外模、齿轮齿廓制备层厚均匀和性能稳定的增强层是解决钢铁工件表面问题的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢铁工件弧形表面多元多尺度增强层的制备方法，制备的多元多尺度增强层层厚均匀，组织致密，硬度高，抗腐蚀性能好，与基体结合强度高。

本发明所采用的技术方案是，钢铁工件弧形表面多元多尺度增强层的制备方法，包括将铌箔包覆在钢铁工件弧形表面，外侧包覆石墨纸，形成预制体，将预制体放入复合式分段热压模具中，然后将复合式分段热压模具连同预制体一起放入真空快速热压烧结炉中，将炉温升高至950℃-1050℃保温一段时间，再随炉冷却，即在钢铁工件弧形表面制得多元多尺度NbC-Fe增强层。

其中，复合式分段热压模具包括圆筒状内模，内模外侧套设有外模，内模由四个弧形瓣模拼接组成。

复合式分段热压模具中部开设有测温孔。

钢铁工件为圆柱状工件时，先利用铌箔完全包裹圆柱工件弧面，再包覆石墨纸形成预制体放入内模，最后连同内模放入外模中。

钢铁工件为环状工件时，利用耐火纸、铌箔由内向外一次包裹在工件内孔填充块外表面，再将包覆好的工件内孔填充块放入工件内孔中，使工件内孔填充块表面的铌箔与工件内孔表面贴合，最后在整体外侧包覆石墨纸，形成预制体，放入外模中。

将预制体放入外模中，预制体轴向两侧放置有压头。

将复合式分段热压模具放入真空快速热压烧结炉中，先对炉内抽真空使真空度低于0.1Pa，同时保证模具轴向两侧压力为35MPa-40MPa，再将炉温升高。

将复合式分段热压模具放入真空快速热压烧结炉中，将炉温升高至950℃-1050℃保温1h-8h，随后采用四段式降温法降温，样品随炉冷却至780-800℃保温20-40min，随后随炉冷却至580-600℃保温15-25min，随后随炉冷却至400-450℃保温10-20min，随后随炉冷却至200-300℃保温5-15min，最后随炉冷却至室温，即在钢铁工件弧形表面制得多元多尺度NbC-Fe增强层。

随炉冷却至室温后，取出复合式分段热压模具，进行脱模处理，剥去外层石墨纸，对外层未参与反应的铌箔残余进行金相打磨处理并抛光。

将铌箔包覆在钢铁工件弧形表面之前，先对钢铁工件弧形表面进行打磨抛光，并清洗吹干，使用高于4000目的砂纸打磨去除铌箔表面氧化层。

钢铁工件材质优选GCr15。

优选的，在原位反应生成碳化铌前对基体进行化学抛光和渗碳处理。

本发明的有益效果是：