專(zhuān)利名稱(chēng)：等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子噴涂制備三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層的生產(chǎn)工藝，在鋼鐵材料表面獲得的這種涂層，具有較高的結(jié)合強(qiáng)度、硬度，能夠較大幅度提高材料的耐磨性能和抗熱疲勞性能，可以廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼制品的表面處理和再制造，提高制品的使用壽命。
背景技術(shù)：
Mo2FeB2系三元硼化物基金屬陶瓷是利用Ni、Cr、Mo、Fe等粉末與硼或硼化物混合粉末在高溫下原位反應(yīng)生成三元硼化物，并通過(guò)高溫液相燒結(jié)達(dá)到完全致密化的一種新型工藝。其燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)是由三元硼化物的硬質(zhì)相和含Cr、Ni、Mo等鐵基粘結(jié)相組成。在反應(yīng)燒結(jié)過(guò)程中，生成的三元硼化物通過(guò)液相燒結(jié)在金屬與硼化物之間形成共晶熔融體而獲得較高的致密度。這種金屬陶瓷具有較高的強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度達(dá)到1.0～2.6Gpa)、硬度(硬度達(dá)到80～92HRA)，優(yōu)異的耐磨性能和抗熱疲勞性能，同時(shí)，還具有和鋼鐵材料相近的熱膨脹系數(shù)及密度，和鋼鐵材料之間的接合熱應(yīng)力小，是一種理想的涂層材料。
等離子噴涂是利用等離子火焰來(lái)加熱熔化噴涂粉術(shù)使之形成涂層的。等離子噴涂工作氣體常用Ar或N2，再加入5％～10％的H2，氣體進(jìn)入電極腔的弧狀區(qū)后，被電弧加熱離解形成等離子體，其中心溫度高達(dá)15000K以上，經(jīng)孔道高壓壓縮后呈高速等離子射流噴出。噴涂粉末被送粉氣載入等離子焰流，很快呈熔化或半熔化狀態(tài)，并高速?lài)姶蛟诮?jīng)過(guò)粗化的潔凈零件表面產(chǎn)生塑性變形，粘附在零件表面，各熔滴之間依靠塑性變形而相互鉤接，從而獲得結(jié)合良好的層狀致密涂層。等離子噴涂具有涂層平整光滑，厚度精確控制，涂層孔隙率低，涂層氧化物和雜質(zhì)含量少，噴涂過(guò)程對(duì)基體的熱影響小，應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)。但是，涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度只能達(dá)到60～70MPa，難以滿(mǎn)足承受沖擊載荷制品的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，采用本發(fā)明制備的涂層結(jié)合強(qiáng)度高，接合熱應(yīng)力小，具有優(yōu)異的耐磨性能和抗熱疲勞性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過(guò)原位反應(yīng)獲得三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層，再經(jīng)過(guò)正火(或淬火+回火)熱處理后，使涂層和鋼鐵材料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)界面；等離子噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，各組分之和為100％；粉末粒度5～20μm。
如上所述的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于熱處理工藝條件為(1)結(jié)構(gòu)鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時(shí)，出爐空冷。
(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時(shí)，油淬，500～600℃，保溫1～2小時(shí)，爐冷。
本發(fā)明的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的生產(chǎn)工藝，具體方式如下1.粉術(shù)組成質(zhì)量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，粉末經(jīng)過(guò)球磨機(jī)球磨4～12小時(shí)，粒度5～20μm。
2.等離子噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為70～100mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動(dòng)速度為10～30cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8～1.0MPa、流量1400～1600L/h，H2壓力0.1～0.2MPa、流量200～400L/h，送粉氣壓0.01～0.1MPa。電流400～600A，電壓40～60V，槍內(nèi)送粉，送粉速率為10～12m/s。涂層厚度0.1mm～2mm。
3.原位反應(yīng)式FeB+Fe＝Fe2B2FeB+2Mo＝Mo2FeB2+Fe2Fe2B+2Mo＝Mo2FeB2+3FeA+Fe2B＝L1A+L1+Mo2FeB2＝L2+Mo2FeB2式中，A-奧氏體，L1、L2-二種不同成分的液相。
4.熱處理工藝(1)結(jié)構(gòu)鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時(shí)，出爐空冷。
(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時(shí)，油淬，500～600℃，保溫1～2小時(shí)，爐冷。
5.界面反應(yīng)式FeB+Fe＝Fe2B2FeB+2Mo＝Mo2FeB2+Fe2Fe2B+2Mo＝Mo2FeB2+3Fe本發(fā)明獲得的三元硼化物基金屬陶瓷涂層硬度達(dá)到89HRA，結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到350MPa，耐磨性是W18Cr4V鋼(64HRC)的3倍，熱疲勞壽命比H13鋼(47HRC)提高2倍?？梢詮V泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼制品的表面處理和再制造，提高制品的使用壽命。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的涂層的顯微組織。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的界面結(jié)構(gòu)。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例的耐磨性能示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1基體材料45鋼。
粉末組成質(zhì)量百分比35％FeB、40％Mo、2％Ni、3％Cr、20％Fe，球磨8小時(shí)，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動(dòng)速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內(nèi)送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝850℃，保溫1小時(shí)，出爐空冷。
實(shí)施例2基體材料H13鋼。
粉末組成質(zhì)量百分比25％FeB、50％Mo、3％Ni、4％Cr、18％Fe，球磨8小時(shí)，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動(dòng)速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內(nèi)送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝1050℃，保溫1小時(shí)，油淬，540℃，保溫1小時(shí)，爐冷。
實(shí)施例3基體材料W18Cr4V鋼。
粉末組成質(zhì)量百分比40％FeB、35％Mo、5％Ni、5％Cr、15％Fe，球磨8小時(shí)，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數(shù)噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動(dòng)速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內(nèi)送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝1100℃，保溫1小時(shí)，油淬，560℃，保溫1小時(shí)，爐冷。
權(quán)利要求
1.一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過(guò)原位反應(yīng)獲得三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層，再經(jīng)過(guò)正火(或淬火+回火)熱處理后，使涂層和鋼鐵材料之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成反應(yīng)界面；等離子噴涂粉末組成的質(zhì)量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，各組分之和為100％；粉末粒度5～20μm。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于熱處理工藝條件為(1)結(jié)構(gòu)鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時(shí)，出爐空冷。(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時(shí)，油淬，500～600℃，保溫1～2小時(shí)，爐冷。
全文摘要
一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征是采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過(guò)原位反應(yīng)獲得三元硼化物(Mo
文檔編號(hào)C21D1/28GK1970843SQ200610125369
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者周小平, 胡心彬, 李四年 申請(qǐng)人:湖北工業(yè)大學(xué)