專利名稱：一種碳化物/鐵基合金復(fù)合涂層及其反應(yīng)釬涂工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷/金屬復(fù)合涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種以碳化鈦和碳化鉻為硬質(zhì)相、鐵基合金為基體相(粘結(jié)相)的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層及其反應(yīng)釬涂工藝。
背景技術(shù)：
釬涂技術(shù)是利用液態(tài)釬料合金在基體金屬上的潤濕和鋪展而在基體表面形成一種具有特殊性能的涂層的材料表面加工技術(shù)。利用釬涂技術(shù)既可以制備具有特定性能的金屬涂層，也可以采用陶瓷(如碳化物、硼化物、氧化物等)和金屬(或合金)的混合粉末作為釬涂材料方便地制備陶瓷/金屬復(fù)合耐磨涂層。與傳統(tǒng)的涂層技術(shù)相比，釬涂技術(shù)具有如下優(yōu)點(1)涂層與基體之間為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高；(2)涂層中陶瓷相含量范圍寬(0～70％)且組織均勻、致密、孔隙率低；(3)可制備的涂層厚度范圍大，既可制備50～60μm的薄涂層，也可獲得3～4mm的厚涂層；(4)涂層表面光滑、質(zhì)量好、加工精度高，對于一般應(yīng)用只需少量加工甚至無需加工；(5)材料利用率高。采用釬涂技術(shù)制備陶瓷/金屬復(fù)合涂層所存在的主要問題正如《釬涂手冊》[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1999449.中提到的是可供選擇的涂層材料有限。雖然理論上釬涂技術(shù)可以制備各種陶瓷/金屬復(fù)合涂層，但由于受到陶瓷硬質(zhì)相與作為粘結(jié)相的釬料合金之間的潤濕性匹配和釬涂本身工藝特點的制約，實際中可用于釬涂的陶瓷與金屬(合金)組合非常有限。目前用于釬涂的陶瓷相僅限于WC(包括鈷包碳化鎢WC-Co)、Cr3C2等，釬料合金僅限于鎳基釬料(BNi82CrBSiB、BNi76CrP)、CuMnNi合金等，這些內(nèi)容在文獻(xiàn)“NiCrBSi-WC耐磨釬涂涂層的制備”金屬學(xué)報，1999，35(1)82～84和“干摩擦條件下WC增強(qiáng)Cu-Mn-Ni復(fù)合涂層的磨損性能研究”摩擦學(xué)報，2002，22(1)13～16中有所報道。
另外，采用現(xiàn)有釬涂技術(shù)制備陶瓷/金屬復(fù)合涂層時，釬涂材料中作為粘結(jié)相的釬料合金和作為硬質(zhì)相的陶瓷相都是預(yù)先合成的，釬涂材料成本高，且涂層中的陶瓷相粗大、分布不均勻，陶瓷/金屬結(jié)合界面易受污染，涂層性能不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種低成本的、以碳化鈦(TiC)和碳化鉻(Cr3C2)為硬質(zhì)相、鐵基合金為基體相(粘結(jié)相)的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層及其反應(yīng)釬涂工藝，在釬涂過程中利用釬涂原材料中組元間的反應(yīng)原位合成陶瓷硬質(zhì)相和液態(tài)釬料合金，可大幅度降低釬涂材料成本，降低陶瓷硬質(zhì)相與釬料合金之間的潤濕性匹配要求，拓寬釬涂材料的選擇范圍。
本發(fā)明以工業(yè)鈦鐵粉、鉻鐵粉、硼鐵粉、鐵粉等為原材料，添加酒精和有機(jī)粘結(jié)劑混合制成漿料，通過噴涂或刷涂涂覆在基體表面，真空條件下在一定溫度保溫適當(dāng)時間，利用原材料中鐵、鈦、鉻、碳等之間的反應(yīng)和合金化原位合成硬質(zhì)相碳化鈦、碳化鉻和低熔點液態(tài)鐵基合金，降溫后獲得以碳化鈦和碳化鉻為硬質(zhì)相、鐵基合金為基體相(粘結(jié)相)的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層。
一種(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層，由碳化鈦、碳化鉻和鐵基合金組成，其中硬質(zhì)相碳化鈦和碳化鉻按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計為10％～30％，鐵基合金為70％～90％。
本發(fā)明以鐵粉、鈦鐵粉、鈦粉、鎳粉、膠體石墨、硼鐵粉、鉻鐵粉硅粉等混合粉末為原料，工藝步驟為1、將原料粉末按涂層成分配比混合球磨，球磨的球料比為3∶1～10∶1，球磨轉(zhuǎn)速為100～150r.p.m，球磨方式為濕磨，球磨介質(zhì)為酒精，球磨時間為12～48h；2、烘干混合粉末，烘干溫度為45～60℃，烘干時間為12～24h；3、將混合粉末、酒精與有機(jī)粘結(jié)劑混合制成漿料，漿料中有機(jī)粘結(jié)劑與涂層材料的質(zhì)量百分比為0.5％～2％，有機(jī)粘結(jié)劑可選擇聚丙烯酸脂或聚丁烯或聚苯乙烯。
4、采用噴涂或刷涂方法在基體表面涂覆預(yù)涂層；5、烘干涂層，烘干溫度45～60℃，烘干時間為4～12h；6、加熱釬涂，加熱溫度為1050℃～1100℃，保溫時間為10～30min，真空度為5×10-2～5×10-3Pa。
原料粉末的組成按重量百分比計為Fe29.1～39.9％，Ni24.1～33.2％，Cr8.8～13.4％，Si2.9～12.6％，Ti4～6.5％，Mo0～15％，C2.7～3.3％，B1.5～2％。
與釬涂技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、相對于普通釬涂，本發(fā)明直接采用廉價的工業(yè)鈦鐵粉、鉻鐵粉、硼鐵粉、鐵粉等為原材料，材料成本低。
2、這一工藝過程中不需要預(yù)先合成碳化鈦、碳化鉻，而是利用碳化鈦、碳化鉻形成元素在釬涂過程中通過原位反應(yīng)合成。
3、TiC和Cr3C2均為耐高溫碳化物，且TiC硬度高、摩擦系數(shù)低，是理想的耐磨涂層硬質(zhì)相；Fe基合金成本低且與普通鋼基體具有良好的相容性，通過合金化設(shè)計還可以獲得較低的熔點和較好耐腐蝕、耐磨損性能。
4、以TiC和Cr3C2為硬質(zhì)相、鐵基合金為粘結(jié)相所組成的陶瓷/金屬復(fù)合涂層將兼有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能，在冶金、火電等領(lǐng)域具有廣泛的用途。


圖1是所獲得的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層整個橫截面的掃描電鏡(SEM)照片。
圖2為圖1中A區(qū)放大。
具體實施例方式
本發(fā)明采用上述反應(yīng)釬涂工藝，以表1所示化學(xué)成份的工業(yè)鐵粉、鈦鐵粉、Mo粉、Ni粉、膠體石墨、硼鐵粉、鉻鐵粉和Si粉等為原料粉末，按照表2的成份配比，在普通低碳鋼表面經(jīng)反應(yīng)釬涂制備了(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層。
具體工藝步驟如下1、料粉末按成分配比混合，在球磨機(jī)上濕磨24h，球料比為4∶1，球磨轉(zhuǎn)速為120r.p.m，球磨介質(zhì)為酒精，球磨后所得到的粉末平均粒度為6～7μm；2、球磨后的混合粉末在烘干箱中烘干，烘干溫度為50℃，烘干時間為1h；3、球磨后的粉末與聚丙烯酸脂、酒精混合調(diào)成漿料，并均勻地刷涂在低碳鋼表面制備預(yù)涂層；4、涂層在烘干箱中烘干，烘干溫度為50℃，烘干時間為8h；5、真空爐中加熱釬涂，真空度7×10-3Pa，釬涂溫度和時間如表2。
表1涂層原材料(wt％)
表2優(yōu)選實施例

從附圖1、2和優(yōu)選實施例(表2)可知利用廉價的工業(yè)原料，通過反應(yīng)釬涂制備了與基體為冶金結(jié)合的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層，該涂層中陶瓷相較小，分布均勻，涂層致密，性能穩(wěn)定，表面洛氏硬度為60～70HRC。
權(quán)利要求
1.一種(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層，其特征在于，涂層由碳化鈦、碳化鉻和鐵基合金組成，其中硬質(zhì)相碳化鈦和碳化鉻按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計為10％～30％，鐵基合金為70％～90％。
2.一種制備(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層的反應(yīng)釬涂工藝，以鐵粉、鈦鐵粉、鈦粉、鎳粉、膠體石墨、硼鐵粉、鉻鐵粉硅粉等混合粉末為原料，其特征在于1)將原料粉末按涂層成分配比混合球磨，球磨的球料比為3∶1～10∶1，球磨轉(zhuǎn)速為100～150r.p.m，球磨方式為濕磨，球磨介質(zhì)為酒精，球磨時間為12～48h；2)烘干混合粉末，烘干溫度為45～60℃，烘干時間為12～24h；3)將混合粉末、酒精與有機(jī)粘結(jié)劑混合制成漿料，漿料中有機(jī)粘結(jié)劑與涂層材料的質(zhì)量百分比為0.5％～2％；4)采用噴涂或刷涂方法在基體表面涂覆預(yù)涂層；5)烘干涂層，烘干溫度45～60℃，烘干時間為4～12h；6)加熱釬涂，加熱溫度為1050℃～1100℃，保溫時間為10～30min，真空度為5×10-2～5×10-3Pa。
3.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)釬涂工藝，其特征在于，原料粉末的組成按重量百分比計為Fe29.1～39.9％，Ni24.1～33.2％，Cr8.8～13.4％，Si2.9～12.6％，Ti4～6.5％，Mo0～15％，C2.7～3.3％，B1.5～2％。
全文摘要
一種(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層及其反應(yīng)釬涂工藝，屬于陶瓷/金屬復(fù)合涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以工業(yè)鈦鐵粉、鉻鐵粉、硼鐵粉、鐵粉等為原材料，添加酒精和有機(jī)粘結(jié)劑混合制成漿料，通過噴涂或刷涂涂覆在基體表面，真空條件下在一定溫度保溫適當(dāng)時間，利用原材料中鐵、鈦、鉻、碳等之間的反應(yīng)和合金化原位合成硬質(zhì)相碳化鈦、碳化鉻和低熔點液態(tài)鐵基合金，降溫后獲得以碳化鈦和碳化鉻為硬質(zhì)相、鐵基合金為基體相(粘結(jié)相)的(碳化鈦+碳化鉻)/鐵基合金復(fù)合涂層，可大幅度降低釬涂材料成本，降低陶瓷硬質(zhì)相與釬料合金之間的潤濕性匹配要求，拓寬釬涂材料的選擇范圍。復(fù)合涂層具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等性能，在冶金、火電等領(lǐng)域具有廣泛的用途。
文檔編號C23C30/00GK1609274SQ20041000956
公開日2005年4月27日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者黃繼華, 裴新軍, 張建綱 申請人:北京科技大學(xué)