一種電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層及其制備方法，屬于材料加工工程 中的表面工程領(lǐng)域，主要應(yīng)用于電力、能源、汽車等行業(yè)易磨部件及零件的表面防護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 磨損是材料破壞的主要形式，一直是工業(yè)領(lǐng)域備受關(guān)注的課題，它給人類帶來了 巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會危害，因此，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)而安全地防止、控制或減輕材 料的磨損，具有非常重要的意義。如何防止磨損，減少災(zāi)難性事故的發(fā)生，是世界各國都在 研宄的課題。采用熱噴涂技術(shù)，在設(shè)備磨損部件和區(qū)域涂覆一層耐磨的金屬或金屬陶瓷涂 層，可有效的解決磨損問題。而且熱噴涂技術(shù)制備涂層工藝穩(wěn)定、操作簡單。熱噴涂技術(shù)中 的電弧噴涂具有設(shè)備簡單、成本低、噴涂速度高、涂層化學(xué)成分和硬質(zhì)相容易調(diào)整、沉積效 率高，尤其適用于現(xiàn)場原位大面積施工等優(yōu)勢，在化工、能源、冶金、航空、電力、汽車和采礦 工業(yè)裝備耐磨部件和區(qū)域的表面涂層防護(hù)，有廣闊的工程應(yīng)用前景。
[0003] 目前國內(nèi)外所研宄的耐磨涂層主要有金屬涂層、陶瓷涂層、金屬/陶瓷復(fù)合涂層、 金屬間化合物涂層。其中金屬/陶瓷復(fù)合涂層一般采用粉末、線材和棒材制備，其中線材分 為實(shí)心線材和粉芯線材，而粉芯線材具有涂層質(zhì)量可控性好、應(yīng)用領(lǐng)域廣、品種多樣化、生 產(chǎn)周期短、涂層厚度限制小和成本低等優(yōu)勢，所以成為當(dāng)前研宄的熱點(diǎn)問題之一。在國內(nèi)外 所研宄的粉芯線材中一般使用WC、Cr3C2、A1203、1182等陶瓷粉作為填充材料，但目前沒有人 利用電弧噴涂引發(fā)自反應(yīng)合成TiC硬質(zhì)相制備成耐磨鐵基TiC系涂層。而TiC陶瓷熔點(diǎn)高， 具有最高的常溫硬度，是常溫下使用的最耐磨的材料之一。所以利用電弧噴涂引發(fā)自反應(yīng) 合成TiC硬質(zhì)相制備成耐磨鐵基TiC系涂層在我國具有很好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能獲得涂層厚度限制小、成本低、耐磨性好， 利用電弧噴涂引發(fā)自反應(yīng)合成TiC硬質(zhì)相制備成電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層，解決現(xiàn)有 方法成本高、不易控制、耐磨性低等缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題是提供該電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層的制備 方法。
[0006] 為解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明主要由以下物質(zhì)組成：以鈦粉、鉻粉和蔗糖為 原料，按照Ti:C:Cr原子比10:11~13:1~2的比例配比，經(jīng)過機(jī)械球磨、真空干燥、碳 化處理、破碎和過篩工藝制得粉芯，將粉芯與碳鋼帶一起制備成粉芯絲材，再利用電弧噴涂 引發(fā)自反應(yīng)合成TiC硬質(zhì)相制備成耐磨鐵基TiC系涂層。
[0007] 為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明包括以下步驟和工藝條件： 1)制備粉芯：以鈦粉、鉻粉和蔗糖為原料，按照Ti:C:Cr原子比10 :11~13 :1~2進(jìn) 行配比，以無水乙醇為介質(zhì)進(jìn)行機(jī)械球磨，將所得漿料進(jìn)行真空干燥，然后在氦氣保護(hù)氣氛 下進(jìn)行碳化處理，將所得多孔狀塊體進(jìn)行破碎、過篩得到粉芯； 2)電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層的制備：將碳鋼帶軋成U形，再向U形槽中加入前述 粉芯，所述粉芯占本發(fā)明粉芯絲材總重的25~40% ;將U形槽合口，使粉芯包裹其中，通過 拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到1. 6mm~3mm，得到粉芯絲材，再利用電弧噴涂 引發(fā)自反應(yīng)合成TiC硬質(zhì)相制備成耐磨鐵基TiC系涂層。
[0008] 步驟1)所述機(jī)械球磨時料球比為1 :4,球磨時間12~16h ;真空干燥溫度為100~ 120°C，干燥時間為10~16h ;碳化處理工藝為：升溫速率6~8°C /min，265~275°C保溫 1. 5 ~2h，355 ~365°C保溫 3 ~5h。
[0009] 所述碳鋼帶寬度為14mm±0. 05,厚度為0. 4mm±0. 05。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)效果是： 1、 原料豐富易得，成本低廉； 2、 時間短，節(jié)約能源，降低成本； 3、 利用電弧噴涂技術(shù)引發(fā)自反應(yīng)合成，工藝簡單，流程短，生產(chǎn)效率高； 4、 所制備的電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層，結(jié)構(gòu)致密，金屬相和陶瓷相相互彌散均勻 分布，潤濕性良好，并具有較高的表面洛氏硬度和顯微硬度，耐磨粒磨損性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于Q235 低碳鋼，可解決磨損和高溫沖蝕條件下的電力設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的表面防護(hù)問題。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 實(shí)施例1 1、粉芯的制備 以鈦粉、鉻粉和蔗糖為原料，按照Ti:C:Cr原子比10 :12 :1進(jìn)行粉末的配比，以無水 乙醇為介質(zhì)進(jìn)行機(jī)械球磨，料球比1 :4,球磨時間14h，將所得料漿在120°C真空干燥10h。將 干燥后粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行碳化處理，碳化處理工藝為：升溫速率6°C/min，270°C 保溫1. 5h，360°C保溫4h，破碎、過篩得到粉芯。
[0012] 2、電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層的制備 選用14乂0.4(寬度為14111111±0.05，厚度為0.4111111±0.05，下同）的碳鋼帶。先將其軋 成U形，向U形槽中加入前述粉芯，粉芯占本發(fā)明粉芯絲材總重的28% ;將U形槽合口，使粉 芯包裹其中。然后使其分別通過直徑為：3.0mm, 2. 8mm, 2. 6mm, 2. 5mm, 2. 4mm的拉絲模， 逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2. 4mm，得到粉芯絲材，再利用電弧噴涂引發(fā)自反應(yīng)合成 TiC硬質(zhì)相制備成耐磨鐵基TiC系涂層。在設(shè)備和管道表面噴涂金屬涂層，電弧電壓28~ 30V，工作電流180~200A，壓縮空氣壓力0? 4~0? 6MPa，噴涂距離150~200_。所述TiC 是粉芯材料穿過電弧高溫區(qū)時迅速吸熱并引發(fā)自反應(yīng)合成TiC硬質(zhì)相。
[0013] 實(shí)施例2 1、粉芯的制備 以鈦粉、鉻粉和蔗糖為原料，按照Ti:C:Cr原子比10:13:2進(jìn)行粉末的配比，以無水 乙醇為介質(zhì)進(jìn)行機(jī)械球磨，料球比1 :4,球磨時間15h，將所得料漿在100°C真空干燥16h。將 干燥后粉末在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛中進(jìn)行碳化處理，碳化處理工藝為：升溫速率7°C/min，265°C 保溫2h，355°C保溫5h，破碎、過篩得到粉芯。
[0014] 2、電弧噴涂耐磨鐵基TiC系涂層的制備 選用14X0.4的碳鋼帶。先將其軋成U形，向U形槽中加入前述粉芯，粉芯占本 發(fā)明粉芯絲材總重的35%;將U形槽合口，使粉芯包裹其中。然后使其分別通過直徑 為