專利名稱：氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬表面熱處理技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及的是氬弧熔敷陶瓷棒原位 合成ZrC復(fù)合涂層的方法，背景技術(shù)隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，許多工件都是在高溫、高速、腐蝕或磨損環(huán)境 中運(yùn)行的，這對(duì)材料的性能提出了更高的要求。因此采用先進(jìn)的表面強(qiáng)化技術(shù)， 在普通鋼材表面優(yōu)化設(shè)計(jì)制備出所需的耐磨涂層是一種簡便有效的方法。它不 僅可以顯著提高產(chǎn)品的可靠性和使用壽命，減少產(chǎn)品的維修和更換，而且可以 節(jié)約材料和能源。通常采用激光熔覆、等離子熔覆、堆焊等方法在普通鋼表面 熔覆制備耐磨復(fù)合涂層，但這些方法由于操作復(fù)雜，效率低，成本高，在推廣 應(yīng)用方面受到限制。陶瓷顆粒的加入方式主要有外加法和原位反應(yīng)生成法兩種， 前者是在熔敷粉末中直接加入陶瓷顆粒，外加的增強(qiáng)體與基體材料相互浸潤的 效果普遍不好，制備工藝復(fù)雜，制備成本高；后者是通過在熔敷粉末中加入能 生成陶瓷顆粒的元素，使這些元素能在熔敷的過程中反應(yīng)生成細(xì)小穩(wěn)定的陶瓷 增強(qiáng)相。由于新生成的增強(qiáng)相晶體完整性好，表面無污染，與基體結(jié)合良好， 有利于獲得性能良好的熔敷層，因此，這種方法日益受到重視。采用氬弧熔敷 陶瓷棒的原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，操作簡單、設(shè)備成本低、生產(chǎn)效率高、 稀釋率小，并能節(jié)省原材料，因此氬弧熔敷陶瓷棒原位合成的耐磨涂層具有廣 闊的應(yīng)用前景。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，其特征在于，該方法工藝步驟為-1) 制備陶瓷棒，具體為將200目的Zr粉與200目的石墨粉C混合，Zr與C的質(zhì)量比在7-8: .1;然后按照質(zhì)量比10 30%的比例與鎳基合金混合；將混合好的粉末用有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，涂敷在自制的棒狀模具中，壓制成棒狀，， 常溫空氣中自然干燥，然后用干燥箱20(TC進(jìn)行烘干；2) 所述的氬弧熔敷工藝，參數(shù)為焊接電流130A，焊接速度8mm/s， 氬氣流量12L/min。熔敷的具體工藝是利用氬弧焊機(jī)的鎢極引弧后用電弧熱把制備的陶瓷棒熔 敷于低碳鋼表面，陶瓷棒與基體成45° ，熔敷的具體工藝參數(shù)如上所示，在熔 敷過程中，基體與陶瓷棒始終處于氬氣的保護(hù)之中。所述的金屬基體為低碳鋼 所述鎳基合金為Ni60A 所述有機(jī)粘結(jié)劑為水玻璃 陶瓷棒直徑為2、mm，長度為20cm本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是克服了原有制備原位合成復(fù)合涂層稀釋率高、操作復(fù)雜、 生產(chǎn)率低等不足，所制備的涂層與基體冶金結(jié)合，界面干凈無缺陷，涂層具有 優(yōu)異的耐磨性能。具有l(wèi)、預(yù)制陶瓷棒經(jīng)氬弧熔敷后，陶瓷棒中的鋯粉與石墨粉 吸收電弧能量，在金屬基體中原位反應(yīng)生成ZrC顆粒。制備的涂層與基體冶金 結(jié)合，ZrC顆粒細(xì)小，均勻分布在基體中。涂層的硬度高達(dá)HV。.21000以上，其 硬化機(jī)理為彌散強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化；2、設(shè)備成本較低，合金粉末的損 耗降低，使得成本大大降低，儀器操作簡單，生產(chǎn)效率高；3、所制得的涂層具 有較高的耐磨性。


圖1為氬弧熔敷鎳基復(fù)合涂層X射線衍射圖譜圖2為氬弧熔敷鎳基復(fù)合涂層掃描電子(SEM)照片圖3為氬弧熔敷鎳基復(fù)合涂層硬度分布曲線圖4為氬弧熔敷鎳基復(fù)合涂層與低碳鋼耐磨性對(duì)比具體實(shí)施方式
首先制備陶瓷棒，把粉末混合均勻制備陶瓷棒，然后用非熔化極氬弧熱源 對(duì)陶瓷棒與金屬基體進(jìn)行氬弧熔敷工藝處理，在非熔化極氬弧熱源的作用下， 陶瓷棒與金屬基體表面迅速熔化，產(chǎn)生熔池，調(diào)節(jié)氬弧工藝參數(shù)，使陶瓷棒在 金屬基體中原位反應(yīng)合成ZrC復(fù)合涂層，涂層與基體冶金結(jié)合，顆粒細(xì)小且分 布均勻。實(shí)施例1稱量質(zhì)量百分比為10% (Zr粉+C粉)與90XNi60A，總質(zhì)量為10克。Zr粉 的平均粒度為200目，純度大于99%; C粉的平均粒度為200目，純度大于99%; M60A的平均粒度為200目，基體采用低碳鋼。將Zr粉與C粉按照質(zhì)量比為8: l混合，并與Ni60A放入表面皿中進(jìn)行混合，然后加入有機(jī)粘結(jié)劑(水玻璃)混 合成糊狀后，涂敷于棒狀模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔敷前將陶 瓷棒放入干燥箱中20(TC進(jìn)行烘干。將制成的直徑為4mm、長度為20cm的陶瓷 棒，用氬弧焊機(jī)熔敷于低碳鋼表面，焊接電流為130A，焊接速度為8mm/s，氬 氣流量為12L/min。檢測結(jié)果表明熔敷層厚度為750ixra,涂層的組織主要由 Y-Ni枝晶，M23"和ZrC顆粒組成，ZrC顆粒分布均勻，主要呈塊狀、花瓣?duì)钚?態(tài)；涂層與基體冶金結(jié)合，涂層硬度可達(dá)HV。.2900。實(shí)施例2稱量質(zhì)量百分比為20% (Zr粉+C粉)與809&Ni60A，總質(zhì)量為10克。Zr粉 的平均粒度為200目，純度大于99%; C粉的平均粒度為200目，純度大于99%; Ni60A的平均粒度為200目，基體釆用低碳鋼。將Zr粉與C粉按照質(zhì)量比為8: 1與Ni60A放入表面皿中進(jìn)行混合，然后加入有機(jī)粘結(jié)劑(水玻璃)混合成糊狀 后，涂敷于棒狀模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔敷前將陶瓷棒放入 干燥箱中20(TC進(jìn)行烘干。將制成的直徑為4mm、長度為20cm的陶瓷棒，用氬 弧焊機(jī)熔敷于低碳鋼表面，焊接電流為130A,焊接速度為8咖/s，氬氣流量為 12L/min。檢測結(jié)果表明熔敷層厚度為800nm，涂層的組織主要由Y-Ni枝晶， M23C6和ZrC顆粒組成，ZrC顆粒分布均勻，主要呈塊狀、花瓣?duì)钚螒B(tài)；涂層與基 體冶金結(jié)合，涂層硬度可達(dá)HV。.21000。實(shí)施例3稱量質(zhì)量百分比為30% (Zr粉+C粉)與70%Ni60A,總質(zhì)量為10克。Zr粉 的平均粒度為200目，純度大于99%; C粉的平均粒度為200目，純度大于99%; Ni60A的平均粒度為200目，基體采用低碳鋼。將Zr粉與C粉按照質(zhì)量比在8: 1與Ni60A放入表面皿中進(jìn)行混合，然后加入有機(jī)粘結(jié)劑(水玻璃)混合成糊狀 后，涂敷于棒狀模具中壓制成棒狀，在空氣中自然干燥，熔敷前將陶瓷棒放入 干燥箱中200'C進(jìn)行烘干。將制成的直徑為4mra、長度為20cm的陶瓷棒，用氬 弧焊機(jī)熔敷于低碳表面，焊接電流為130A,焊接速度為8mm/s，氬氣流量為 12L/min。檢測結(jié)果表明熔敷層厚度為850um，涂層的組織主要由Y-Ni枝晶， M23Ce和ZrC顆粒組成，ZrC顆粒分布均勻，主要呈塊狀、花瓣?duì)钚螒B(tài)；涂層與基 體冶金結(jié)合，涂層硬度可達(dá)HVo.21100。
權(quán)利要求
1.一種氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，其特征在于，該方法工藝步驟為1)制備陶瓷棒，具體為將200目的Zr粉與200目的石墨粉C混合，Zr與C的質(zhì)量比在7-8∶1；然后按照質(zhì)量比10~30％的比例與鎳基合金混合；將混合好的粉末用有機(jī)粘結(jié)劑混合均勻，涂敷在自制的棒狀模具中，壓制成棒狀，，常溫空氣中自然干燥，然后用干燥箱200℃進(jìn)行烘干；2)所述的氬弧熔敷工藝，參數(shù)為焊接電流130A，焊接速度8mm/s，氬氣流量12L/min；熔敷的具體工藝是利用氬弧焊機(jī)的鎢極引弧后用電弧熱把制備的陶瓷棒熔敷于低碳鋼表面，陶瓷棒與基體成45°，熔敷的具體工藝參數(shù)如上所示，在熔敷過程中，基體與陶瓷棒始終處于氬氣的保護(hù)狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，其 特征在于所述的金屬基體為低碳鋼、中碳鋼或低合金鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，其 特征在于，所述鎳基合金為Ni60A或Ni60B。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，其 特征在于所述有機(jī)粘結(jié)劑為水玻璃或膠水。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于金屬表面熱處理技術(shù)領(lǐng)域的一種氬弧熔敷陶瓷棒原位合成ZrC復(fù)合涂層的方法，首先制備陶瓷棒，把粉末混合均勻制備陶瓷棒，然后用非熔化極氬弧熱源對(duì)陶瓷棒與金屬基體進(jìn)行氬弧熔敷工藝處理，在非熔化極氬弧熱源的作用下，陶瓷棒與金屬基體表面迅速熔化，產(chǎn)生熔池，調(diào)節(jié)氬弧工藝參數(shù)，使陶瓷棒在金屬基體中原位反應(yīng)合成ZrC復(fù)合涂層，涂層與基體冶金結(jié)合，顆粒細(xì)小且分布均勻。工藝簡單，設(shè)備成本低，生產(chǎn)效率高；與常規(guī)激光熔敷、等離子熔敷粉末涂層相比，氬弧熔敷陶瓷棒具有操作簡便、稀釋率低、粉末利用率高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C26/00GK101323036SQ20081011651
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者孫儉峰, 孟君晟, 張海軍, 王振廷, 趙春香 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院