[发明专利]形成在铁基上的涂层及其形成方法

说明书

本发明涉及一种形成在铁基金属基体上的涂层及其形成方法，该涂层能与由纸、橡胶、塑料、树脂、陶瓷和金属组成的集合里挑选的构件实行接触。

众所周知，由于钢铁具有优良的机械性能，例如强度，延展性，韧性，硬度等等，因此相对其它金属来说，它被当作机械材料，结构材料等最基本的材料来用。

钢铁根据它们的含碳量可分为铁，钢和铸钢。再进一步，钢可以分为碳钢和合金钢，合金钢是通过在碳钢里加入各种元素而获得的并具有特殊的性能。根据它们的性能合金钢可有各种不同的用途。

由钢制成的机械零件或结构零件除了机械强度外根据它们的使用条件或环境因素还必须具有所需的性能。当钢制零件使用时并与其它零件摩擦接触时，需要耐磨和一个光滑的表面。例如，当零件(如机器的轴承零件或滑动零件)互相摩擦接触时，或当工具与其它零件接触时，就需要耐磨性和光滑的表面以便防止零件的磨损和改进相对其它零件的滑动性能。当钢制零件在有腐蚀性的诸如水、酸性物、碱性物等环境里使用时，例如就潜水泵的传动轴和转子来说就需要高的防化学变化的性能。

近年来，曾经尝试过在零件的表面形成一层不同于基体的涂层，以便除了该材料原有的性能外再根据使用条件或环境因素提供给钢制零件所需的性能。这种涂层必须具有与其它零件磨擦的耐磨性和改进相对其它零件滑动性能的光洁度，必须不损伤其它零件，必须具有防化学变化的性能并足以不在腐蚀性环境里被腐蚀。再进一步，涂层必须以很高的机械强度形成于零件的基体表面上，不会因形成而降低基体的性能并且不需在形成后进行研磨等精加工。

作为在铁或钢制零件的基体表面形成涂层的一种方法，电镀，物理蒸敷法，化学蒸敷法，火焰喷涂法等等是众所周知的。然而，这些方法不能完全满足上面提到的所有的需求，而且实际应用起来也不能尽如人意。更具体地说，用这种方法形成的涂层不具有足够的致密度，耐磨性和光洁度。涂层和基体之间的联结强度也不是足够的，涂层经常会从基体上脱落。此外还需要涂层形成后的研磨工序。

由于上述原因，提供本发明以便在机械零件表面形成一种具有良好的耐磨性、光洁度和抗化学变化的涂层，该涂层具有很高的机械强度并在不损伤基体的情况能很容易地形成于基体上，该涂层能与由纸、橡胶、塑料、树脂、陶瓷和金属组成的集合里挑选的构件实行接触。

根据本发明，提供一种形成在铁基金属的基体的表面上的涂层，它包括含有氧化铬(Cr₂O₃)作为主要成份的表层，一含有基体和表层里的氧化铬之间的反应生成物的中间层形成于表层和基体之间的界面上。

根据本发明，提供一种形成上述涂层的方法，它包括下述步骤：

(1)含有作为主要成份的氧化铬(Cr₂O₃)的铬化合物溶液通过涂或浸的手段涂覆于基体的表面；

(2)所述基体在500℃到600℃的温度下进行烘焙，在此加热下所述铬化合物转变为氧化铬(Cr₂O₃)；

(3)多次重复步骤(1)和(2)。

本发明的涂层能与由纸、橡胶、塑料、树脂、陶瓷或金属组成的集合中挑选的构件接触，用这种涂层所制成的机械零件包括诸如机器上的轴承或滑动零件等零件，例如，发动机的汽缸或泵体，它们都与由橡胶或合成树脂组成的O型密封圈接触。

涂层所采用的基体可以是碳钢、不锈钢或其它铁合金。

根据本发明形成于机械零件基体上的涂层具有氧化铬(Cr₂O₃)颗粒的致密结构，该颗粒是通过加热铬化合物转变而来的并互相完全粘结。涂层是光滑的并具有良好的耐磨性。由于析出的Cr₂O₃陶瓷颗粒的尺寸非常小(1微米或更小)，涂层就能是致密的、完全没有微孔的光洁层，并能形成非常薄的一层，而且基体的原有性能(例如弹性)依然能有效地利用。涂层的硬度高达HV500或更高。作为材料和氧化铬之间的反应生成物的中间层形成于涂层和基体之间的界面上。涂层可以很高的粘附强度(500公斤力/厘米²)形成于基体上。中间层的厚度介于0.5微米至3.0微米的范围内。涂层还有很高的抗腐蚀性，隔离外界物质的性质和高的防化学变化性能。

涂层里包含的氧化铬(Cr₂O₃)可以增加硬度和减少摩擦系数。