金属表面表面硬化的方法技术

用一种耐磨涂料将金属表面表面硬化的方法，包括下列步骤： ａ）形成一种聚乙烯醇和精细粉末形式的可熔、硬质合金的基本均匀的含水淤浆； ｂ）用所述含水淤浆涂布金属表面； ｃ）干燥所述含水淤浆，在金属表面上形成在聚乙烯醇基质中的可熔、硬质合金固体层； ｄ）将所述涂有在聚乙烯醇基质中的可熔、硬质合金层的金属表面在保护气氛下加热到该合金的熔化温度直到该合金在所述金属表面熔融；和 ｅ）将熔融表面硬化处理的金属表面冷却到环境温度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及用一坚硬、耐磨涂层涂布金属表面诸如工具或农具的金属表面的方法。用另一种金属或金属合金涂布金属表面以增强外表、防止腐蚀或提高耐磨性为冶金领域所熟知。用坚硬、耐磨合金涂布工具特别是工具的切刀刀刃是一种常规的工业实践，在农具制造领域尤其如此，其通常被称为“表面硬化”或“表面淬火”。例如参见Alessi的美国再公告专利号27852、Revankar的美国专利5027878和5443916、Brady等人的美国专利4682987和Hill的美国专利5456323。表面硬化通常是通过在金属表面上熔化一种粉末状的硬质合金来完成。一般来说，该方法包括用包括一种粉末状均匀合金、一种粉末状助熔剂、一种粘合剂和一种悬浮剂的含水淤浆涂布所述金属表面，干燥所述淤浆形成一个固体层并将金属表面加热到足够高的温以将所述合金熔合到金属表面上。所述助熔剂用于防止合金在加热时与在熔炉气氛中的气体反应。所述悬浮剂用于帮助形成均匀的淤浆。所述粘合剂将所述合金和助熔剂粉末结合在一起直到所述合金淤浆在所述金属表面上干燥。伴随着这种表面硬化方法的一个问题是在所述淤浆中的助熔剂、粘合剂和悬浮剂添加剂作为不需要的非金属夹杂物保留在熔化的涂层中，降低了一定涂层厚度下的有效耐磨涂层的量。这些夹杂物在所述涂层中的不连续性增加了其脆性并因而促使涂层材料断裂而脱离而不是磨损，导致了涂层的过早磨损和较短的磨损寿命。伴随着该技术方法的另一个问题是涂层厚度的不均匀性。这个问题有两个原因1)淤浆涂布时使湿淤浆在垂直和倾斜表面上流动而形成粉末合金的不均匀分布。2)在涂层淤浆中所用的助熔剂/粘合剂混合物先于所述涂料粉末熔化并且得到的液体易于置换在垂直和倾斜表面上的粉末颗粒以及使合金粉末在被熔化前不均匀分布。本专利技术的一个目的是提供使用实际无非金属夹杂物的耐磨合金将金属表面均匀表面硬化的方法。本专利技术的第二个目的是提供用于表面硬化的耐磨合金的淤浆。专利技术概述本专利技术的第一方面是用一种耐磨涂层将。本方法的第一个实施方案包括下列步骤a)形成一种聚乙烯醇和以细粉形式的可熔、硬质合金的基本上均匀的含水淤浆；b)用所述含水淤浆涂布金属表面；c)干燥所述含水淤浆，在金属表面留下在聚乙烯醇基质中的可熔、硬质合金的固体层；d)将所述涂有在聚乙烯醇基质中的可熔硬质合金层的金属表面在保护气氛下加热到所述合金的熔化温度，直到所述合金熔合在该金属表面上；和e)冷却熔合表面硬化的金属表面到环境温度。步骤b和c可重复一次或多次以便形成较厚的合金/聚乙烯醇基质的涂层。本专利技术的金属表面的表面硬化方法的第二个实施方案包括下列步骤a)用聚乙烯醇水溶液涂布金属表面；b)将基本上均匀的细粉形式的可熔、硬质合金层在聚乙烯醇溶液干燥前分布在步骤b涂布的聚乙烯醇溶液的涂层上；c)干燥聚乙烯醇水溶液涂层而形成通过聚乙烯醇涂层粘合到金属表面上的可熔、硬质合金的固体层；d)将涂有通过聚乙烯醇涂层粘合的可熔、硬质合金层的金属表面在保护气氛下加热到该合金的熔化温度直到合金完成熔化；和e)冷却熔合表面硬化的金属表面到环境温度。步骤a、b和c可重复一次或多次以便形成均通过聚乙烯醇涂层与其下层粘合的各合金层，最低层直接粘合到金属表面。本专利技术的第二个方面是聚乙烯醇和在本方法的第一个实施方案中所用的细粉形式的可熔、硬质合金的含水淤浆。所述合金的平均粒度优选为200目或更细。通过本专利技术的用于表面硬化的淤浆涂布方法涂布的耐磨涂层是均匀密实的并且与现有技术方法涂布的淤浆涂层不同，基本不含夹杂物。所以本专利技术的涂层比现有技术方法涂布的涂层不易碎和更耐久。本专利技术的详细说明金属表面、特别是农具的金属表面表面硬化的广泛使用的方法说明于Alessi的美国再公告专利号27851(通过引用并入本文)中。该方法包括a)制备一种粉末硬质合金、一种粘合剂和一种助熔剂的含水淤浆；b)将该含水淤浆涂布在待表面硬化的金属物体表面；c)用低热驱除淤浆中的水分而在该金属表面留下干的合金、粘合剂和助熔剂的沉积物；和d)在足够高的温度下加热整个金属物体而使合金熔化以及在金属物体表面上形成紧密结合的硬化表面。本专利技术方法是对Alessi方法和目前使用的基于Alessi方法的表面硬化方法(如在美国专利5456323中称为“Dura-Face”的方法)的改进。在基于Alessi的表面硬化的现有技术方法中，用于制备所述涂料淤浆的助熔剂和粘合剂组合物(助熔剂/粘合剂)在比淤浆中的合金粉末内容物的熔点低得多的温度下熔化成液体。所述助熔剂/粘合剂继续以液态存在，即使在合金粉末熔化的较高温度下也是如此。但是，液态的助熔剂/粘合剂不能在熔化的短时间内和金属固化前完全升到熔化合金的表面。因此，该助熔剂/粘合剂作为称作“夹杂物”的小的非金属颗粒物夹于合金涂层内。所述夹杂物较软和较脆，因此减弱了合金涂层和降低了其耐磨性。即使有足够时间使液态助熔剂/粘合剂上升通过熔融的合金层，所述助熔剂/粘合剂也不能从涂层中去除，而是构成涂料顶层的一部分。此外，因为所述助熔剂/粘合剂的熔点比涂料合金的熔点低得多，所以在达到所述合金的熔化温度前助熔剂/粘合剂变成低粘度流体。这里所用的术语“熔化”是指所述精细的合金变软以及各颗粒熔化并凝聚形成连续涂层。所述流体助熔剂/粘合剂会在合金粉末发生熔化前在非水平表面容易地流动并随其夹带一些合金粉末。因此，助熔剂/粘合剂的熔化导致了固化涂层厚度的不均匀，导致了合金涂层差的耐磨性。在本专利技术方法的第一个实施方案中，聚乙烯醇(PVA)的水溶液被用作没有助熔剂的合金的含水淤浆中的粘合剂。加热时，PVA并不熔化成热塑塑料，而是在150℃以上的温度下，由相邻两个羟基失水而分解。当所述合金/PVA涂料被加热到所述合金的熔化温度时，PVA几乎完全从涂料中蒸发，留下具足够粘结强度的洁净合金涂料粉末颗粒的附聚物，其熔化成没有夹杂物的洁净和密实的金属涂层。但是，因为PVA在远低于表面硬化合金粉末的熔化温度下分解和逃逸，所以其并不能防止合金在其达到熔化温度时与大气中的气体诸如氧气、氮气和二氧化碳反应。这种保护作用是使用本专利技术有意省去的助熔剂的目的所在。因此，在所述合金在高温下对空气敏感的情况下，优选在加热、熔化和冷却中提供保护性气氛。对实验室规模和小规模来说，合金的熔化可方便地在高真空炉(约10-4托或0.1μm)中进行，有效消除大气。低压(100-200μm)惰性气体如氩气或氦气炉运作也是适合的。尽管不能象氩气或其它惰性气体那样令人满意，但低压下氮气也可以使用。然而，在生产环境中，在真空炉的高真空和低压惰性气体操作是较昂贵和较慢的。刚好高于常压的惰性气体即氩气和氦气和刚好高于常压的还原气体如氢气可以以可接受的产率在合金熔化期间用作保护气体。因为氢气比氩气或氦气便宜，因此在大规模生产中被优选作为保护气体。使用氢气作为保护气氛的熔炉在冶金学领域是为人熟知的并且从市场上可以买到。本专利技术所用的淤浆通过将粉末状的、表面硬化合金与PVA粘合剂溶液按所需的合金-粘合剂溶液重量比率完全混合来制备。此中所述的淤浆组成通过八位数码表示。例如对于“0550/0750”淤浆来说，开始的四个数字“0550”表示粉末合金与PVA溶液的重量比率为5.5比1，后四个数字“0750”表示作为粘合剂的PVA水溶液浓度为7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：G·S·雷范卡，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：