C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及制備方法
【專利摘要】一種Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及制備，屬于材料表面耐磨涂層及制備方法。耐磨涂層為：C：1.89-3.77％、Cr：5.4-11.7％、Ni：3.3-7.15％、W：28.81-57.83％、Co：4.2-8.4％、Si：0.03-0.065％，余量為Fe；制備工藝耐磨涂層為：(1)等離子熔覆前對基體進行預處理；(2)對鐵基合金粉末進行預處理；(3)調整等離子熔覆工藝參數，制備規(guī)定寬度和厚度的熔覆層，在空氣中自然冷卻。該耐磨涂層的工藝簡單，制備的熔覆層與基體組織的冶金結合性強，可以實現熔覆層陶瓷相和基體間的最佳性能匹配，魚骨狀硬質相Co3W3C硬度值很高，在摩擦過程中起到骨架的作用減少基體組織的磨損，耐磨性能優(yōu)良，且等離子熔覆便于操作，可實現自動化，制作耐磨層尺寸精度高，可廣泛應用于機械零部件的表面改性。
【專利說明】Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及制備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料表面耐磨涂層及制備，特別是一種Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及其制備方法。

【背景技術】
[0002]在機械零件的使用過程中，大部分的磨損發(fā)生在工件的表面部分，特別是在惡劣的工作環(huán)境中如高腐蝕、強摩擦、高溫高壓等，機械零件的磨損失效尤其嚴重。因此，要求在使用過過程中存在摩擦副的機械零件表面有較高的硬度和耐磨性。表面工程技術可以制備出性能優(yōu)異的耐磨涂層，涂層材料多為復合材料，增強相主要為硬度和耐磨性都很高的碳化物、硼化物和氮化物等。Co3W3C魚骨狀硬質相并沒有在目前的耐磨涂層的增強相中出現，也沒有被用于耐磨涂層的增強相。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種操作工藝簡便、且熔覆層不易脫落的Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及其制備。
[0004]實現本發(fā)明目的的技術方案為:該耐磨涂層及制備方法:采用等離子熔覆工藝將Fe基WC合金粉末熔覆在金屬基體表面獲得一層以魚骨狀Co3W3C為強化相的耐磨高硬度涂層；
[0005]所述的Fe基WC混合合金粉末的組份按質量百分比為:C:1.89-3.77 %, Cr:5.4-11.7%,Ni:3.3-7.15%,W:28.81-57.83%,Co:4.2-8.4%,S1:0.03-0.065%，余量為
Fe ；
[0006]等離子熔覆工藝具體步驟為:
[0007](I)對基體進行預處理:
[0008]通過打磨去掉基體表面的氧化層，將處理好的基體放在等離子熔覆工作臺，并調整好位置；
[0009](2)對合金粉末預處理:
[0010]篩選顆粒度為280-320目的WC粉末與100-200目的Fe基合金粉末，制備所述質量百分比例的Fe基WC混合合金粉末，并放入攪拌器攪拌50-60分鐘，放入干燥箱加熱150°C干燥，完成以上預處理工藝即可放入等離子熔覆機；
[0011]⑶等離子熔覆:
[0012]等離子熔覆工藝的技術參數為:工作電流135-145A，工作電壓11-12V，送粉氣體和保護氣體均采用氬氣，送粉氣壓為280-300MPa，保護氣壓為700_800MPa，噴嘴距離基體表面1mm,掃描速度為80mm/min。
[0013](4)熔覆層處理:
[0014]完成等離子熔覆工藝后，關閉等離子熔覆設備，對熔覆層的側面與正面進行切削加工，打磨拋光后在光學顯微鏡和電子顯微鏡下即可看到魚骨狀硬質相，結合X射線衍射分析結果，可確定為Co3W3C,在硬度試驗和耐磨性實驗中均表現出很高的性能。
[0015]有益效果，由于采用了上述方案，等離子熔覆技術得到的熔覆層與基體材料的冶金結合性能十分優(yōu)良，操作工藝簡便，且設備價格較低。采用等離子熔覆工藝制備Fe基WC合金粉末獲得Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層及其制備方法，其強化相為Co3W3C魚骨狀碳化物，該碳化物具有較高的硬度(顯微硬度HV = 888-1097)和較高的耐磨性。獲得增強相為魚骨狀硬質相Co3W3C的熔覆層具有高硬度高耐磨性的特點，且熔覆層不易脫落，具有很高的應用價值和創(chuàng)新意義。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0017](I)等離子熔覆工藝簡單，設備便于操作，經濟效益高，可以大范圍用于精密零部件的表面強化。
[0018](2)采用以上的工藝方案，所得的熔覆層與基體的結合性強，可以實現熔覆層陶瓷相和基體間的最佳性能匹配，很大程度上提升了基體組織的綜合力學性能。
[0019](3)魚骨狀強化相Co3W3C具有高硬度高耐磨性的特征，提升了熔覆層的硬度，在摩擦中作為熔覆層的骨架減少基體組織的磨損，有效的提升了基體的使用價值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明等離子熔覆耐磨涂層的XRD圖譜。
[0021]圖2為本發(fā)明等離子熔覆層在光學顯微鏡下的金相組織圖。
[0022]圖3為本發(fā)明等離子熔覆層在電子顯微鏡下的金相組織圖。
[0023]圖4為本發(fā)明等離子熔覆層在磨損實驗后100微米的組織形貌。
[0024]圖5為本發(fā)明等離子熔覆層在磨損實驗后30微米的組織形貌。

【具體實施方式】
:
[0025]下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例作進一步的描述:
[0026]本發(fā)明的耐磨涂層及制備方法:采用等離子熔覆工藝將Fe基WC合金粉末熔覆在金屬基體表面獲得一層以魚骨狀Co3W3C為強化相的耐磨高硬度涂層；
[0027]所述的Fe基WC混合合金粉末的組份按質量百分比為:C: 1.89-3.77 %、Cr:5.4-11.7%,Ni:3.3-7.15%,W:28.81-57.83%,Co:4.2-8.4%,S1:0.03-0.065%，余量為
Fe ；
[0028]等離子熔覆工藝具體步驟為:
[0029](I)對基體進行預處理:
[0030]通過打磨去掉基體表面的氧化層，將處理好的基體放在等離子熔覆工作臺，并調整好位置；
[0031](2)對合金粉末預處理:
[0032]篩選顆粒度為280-320目的WC粉末與100-200目的Fe基合金粉末，制備所述質量百分比例的Fe基WC混合合金粉末，并放入攪拌器攪拌50-60分鐘，放入干燥箱加熱150°C干燥，完成以上預處理工藝即可放入等離子熔覆機；
[0033](3)等離子熔覆:
[0034]等離子熔覆工藝的技術參數為:工作電流135-145A，工作電壓11-12V，送粉氣體和保護氣體均采用氬氣，送粉氣壓為280-300MPa，保護氣壓為700_800MPa，噴嘴距離基體表面1mm,掃描速度為80mm/min。
[0035](4)熔覆層處理:
[0036]完成等離子熔覆工藝后，關閉等離子熔覆設備，對熔覆層的側面與正面進行切削加工，打磨拋光后在光學顯微鏡和電子顯微鏡下即可看到魚骨狀硬質相，結合X射線衍射分析結果，可確定為Co3W3C,在硬度試驗和耐磨性實驗中均表現出很高的性能。
[0037]實施例1:通過打磨去掉基體表面的氧化層，將處理好的基體放在等離子熔覆工作臺，并調整好位置。
[0038]篩選顆粒度為280-320目的WC粉末與100-200目的Fe基合金粉末，制備Fe基WC混合合金粉末，其組份按質量百分比為:C:3.24%、Cr:7.2%, N1:4.4%、W:49.56%, Co:7.2%, S1:0.04%，余量為Fe。對粉末進行預處理，放入攪拌器攪拌50-60分鐘，放入干燥箱加熱150°C干燥，放入送粉器。熔覆工藝為:工作電流140A，工作電壓IIV，送粉氣體和保護氣體均采用氬氣，送粉氣壓為300MPa，保護氣壓為800MPa，噴嘴距離基體表面10mm，掃描速度為80mm/min。熔覆完畢后關閉等離子熔覆機，將工件在空氣中自然冷卻至室溫。
[0039]制備的Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層在M-200磨損試驗機上進行對磨實驗，磨損時間40min，磨損量僅為0.008g,而Q235鋼相同條件下的磨損量為0.1996g,耐磨性有了明顯的提升，最高硬度值達到946HV，硬度值也提升明顯。
[0040]圖2中，可以看到有大量的魚骨狀硬質相分布于基體之上，圖3中，可以明顯的看出其組織的骨架結構，在摩擦實驗中，起到耐磨骨架的左右，減少了基體組織的磨損，提升了耐磨性。
[0041]實施例2:基體的預處理工藝保持與實施例1相同，制備的Fe基WC混合合金粉末，其組份按質量百分比為:C:3.77%, Cr:5.4%, N1:3.3%, W:57.83%, Co:8.4%, Si:
0.03%，余量為Fe。等離子熔覆的工藝參數保持與實施例1相同，可得到性能優(yōu)良的熔覆層。
[0042]制備的Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層在M-200磨損試驗機上進行對磨實驗，磨損時間40min，磨損量為0.0032g，耐磨性十分優(yōu)良，圖1為實施例2的等離子熔覆層的XRD圖譜，熔覆層中的Co3W3C對其性能的提升起到很大的作用。圖4中，可以看出在磨損面上有大量的魚骨狀硬質相Co3W3C浮凸于基體表面，耐磨性能良好。
[0043]實施例3:基體的預處理工藝保持與實施例1相同，制備的Fe基WC混合合金粉末，其組份按質量百分比為:c:1.89%, Cr:11.7%,N1:7.15%, W:28.81%, Co:4.2%, Si:
0.065%，余量為Fe。等離子熔覆的工藝參數保持與實施例1相同，可得到性能優(yōu)良的熔覆層。
【權利要求】
1.一種Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層，其特征是:該耐磨涂層由以下質量百分比的合金粉末元素組成:所述的合金粉末成分為:C:1.89-3.77%、Cr:5.4-11.7%、Ni:3.3-7.15%、W:28.81-57.83%、Co:4.2-8.4%、S1:0.03-0.065%，余量為 Fe。
2.一種采用權利要求1所述的Co3W3C魚骨狀硬質相增強Fe基耐磨涂層的制備方法，其特征是:采用等離子熔覆工藝將Fe基WC合金粉末熔覆在金屬基體表面獲得一層以魚骨狀Co3W3C為強化相的耐磨高硬度涂層；具體步驟為: (1)對基體進行預處理: 通過打磨去掉基體表面的氧化層，將處理好的基體放在等離子熔覆工作臺，并調整好位置； (2)對合金粉末預處理: 篩選顆粒度為280-320目的WC粉末與100-200目的Fe基合金粉末，制備所述質量比例的Fe基WC混合合金粉末，并放入攪拌器攪拌50-60分鐘，放入干燥箱加熱150°C干燥，完成以上預處理工藝即可放入等離子熔覆機； (3)等離子熔覆: 等離子熔覆工藝的技術參數為:工作電流135-145A，工作電壓11-12V，送粉氣體和保護氣體均采用氬氣，送粉氣壓為280-300MPa，保護氣壓為700_800MPa，噴嘴距離基體表面10mm,掃描速度為HOmm/mi η ； (4)熔覆層處理: 完成等離子熔覆工藝后，關閉等離子熔覆設備，對熔覆層的側面與正面進行切削加工，打磨拋光后在光學顯微鏡和電子顯微鏡下即可看到魚骨狀硬質相，結合X射線衍射分析結果，可確定為Co3W3C，在硬度試驗和耐磨性實驗中均表現出很高的性能。
【文檔編號】C23C24/10GK104313570SQ201410610715
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】陶慶, 劉建陽, 沈承金, 賴偉, 王聰 申請人:中國礦業(yè)大學