一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种高频感应熔覆TiC增强高熵合金耐磨复合涂层的方法，采用感应器在低碳钢表面氩气保护下加热熔覆一定比例的Ni‑Cr‑B‑Si、Co‑Cr‑B‑Si、Cu、Al、TiC组成的混合粉末，由于组成元素为五元以上，在熔覆过程中具有高熵合金的迟滞效应，初生Cr7C3具有晶粒细小的特点，最后在钢基体表面形成了由TiC、Cr7C3增强的AlCoCrCuNi高熵合金涂层。

A method of TiC enhanced high entropy alloy coating by high frequency induction heating cladding

The invention discloses a method of high frequency induction cladding TiC to enhance high entropy alloy wear-resistant composite coating, using an inductor to heat and melt a certain proportion of mixed powder of Ni, Si, Co, Cr B, Si, Cu, Al, TiC, under the protection of argon gas on low carbon steel surface, because the composition element is more than five yuan, in the process of cladding. With the hysteresis effect of high entropy alloy, the primary Cr7C3 has the characteristics of fine grain. Finally, the AlCoCrCuNi high entropy alloy coating is formed on the surface of the steel matrix, which is enhanced by TiC and Cr7C3.

【技术实现步骤摘要】
一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法
本专利技术属于低碳钢表面处理领域，特别涉及采用感应熔覆制备耐磨复合涂层的方法。
技术介绍
在机械、航天航空、纺织、汽车、地质勘探等工业中，大量零部件处在摩擦磨损条件下，因此对零部件的耐磨性能要求越来越高。为了提高金属的耐磨性，通常采用表面改性或制备涂层的方法。其中较多采用Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等作为涂层材料，其增强相为(Cr,Fe)7C3，效果较好。TiC碳化物一直为常用增强相出现在涂层中，并通过高能束熔覆方法制备出耐磨涂层材料用于表面技术。另外，高熵合金为由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化的合金，具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能，如高强度、高硬度、高韧性、高耐磨耐腐蚀性等，从而成为在材料科学一个新的研究热点。但目前大多高熵合金涂层的制备采用单质金属粉，其存在部分单质金属粉熔点高，单质金属粉间熔点差异大的缺点，常导致涂层薄且不均匀的缺点。感应加热具有温度较好控制，仅能对低碳钢的表面进行加热，具有加热面积大，加热速度快的优点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是由于采用单质金属粉制备高熵合金涂层在熔覆过程中存在部分单质金属粉熔点较高不好熔化或熔化不充分，另外，各单质金属粉间熔点差异大易导致涂层成分不均匀。采用合金化的金属粉及配合感应加热能够同时熔化混合粉，而且避免钢基体的过度稀释，有利于提高涂层的耐磨性。而单质Cu粉、Al粉的熔点较低，采用单质金属Cu粉、Al粉较为合适。另外，Ni、Al之间较大的混合焓使得涂层中在冷却中能够形成富Ni、Al和富Cr、Co的纳米级层状调幅分解的微观结构。一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面进行除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC按一定比例组成混合粉末，所用粉末粒径120-240μm。其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Ni；Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Co；Cu、Al粉的纯度高于99.5%；TiC粉的纯度高于99%；混合粉Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC的质量百分比为：24~29：22~26：25~28：11~14：8~10。并用球磨机进行混合，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3~3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空25~35分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为280~310r/min，倒向频率28~45Hz，进行球磨混料时间为30~45分钟。步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1~1.3:1混合制成待熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.8~1.2cm，在100~120℃烘干1.5~2h；步骤四、采用高频感应加热对熔覆粉进行熔覆，其工艺参数为：感应加热电流的工作频率在550kHz~2MHz之间，感应加热电流在10A~15A之间，熔覆层表面与感应加热线圈之间的距离控制在3~9mm，熔覆层的温度在1000~1200℃，对感应加热区吹入惰性保护气体以避免熔覆层氧化，惰性保护气体为氩气或氮气，气体流量为1.5~1.8m3/h。完成感应熔覆。冷却凝固后即为耐磨涂层。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术的工艺方法采用高熵合金作为耐磨涂层的基体，能够充分利用其特有的扩散速度慢、对成分变化不敏感的特性，使涂层具有更高的韧性、强度、耐磨性。（2）本专利技术使用的Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等合金化金属粉，具有熔点低、成分均匀，且成本低的优点、兼有自熔合金具备自保护功能。（3）本专利技术增强相主要有(Cr,Fe)7C3、TiC两种，由于高熵合金固有的迟滞扩散效应，使得熔覆过程中初生(Cr,Fe)7C3的尺寸降低，有利于耐磨性的提高，而添加的TiC有利于进一步细化晶粒，提高耐磨性。（4）本专利技术使用感应加热具有同时加热面积大，由于避免了常用的高能束极高的温度，避免了钢基体的熔化，降低了钢基体的稀释，保证了高熵合金成分。具体实施方式实施例1：一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，包括下述工艺步骤：步骤一、选取Q235钢作为熔覆的基体，对其表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面进行除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC按一定比例组成混合粉末，所用粉末粒径120-180μm。其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Ni；Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Co；Cu、Al粉的纯度高于99.5%；TiC粉的纯度高于99%；混合粉Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC的质量百分比为：29：26：25：11：9。并用球磨机进行混合，采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中的磨球与金属粉质量比为3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空35分钟，将球磨罐放入行星式球磨机，转速为310r/min，倒向频率45Hz，进行球磨混料时间为45分钟。步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1:1混合制成待熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.8cm，在100℃烘干1.5h；步骤四、采用高频感应加热对熔覆粉进行熔覆，其工艺参数为：感应加热电流的工作频率在1.5MHz之间，感应加热电流在15A之间，熔覆层表面与感应加热线圈之间的距离控制在9mm，熔覆层的温度在1100~1150℃，对感应加热区吹入惰性保护气体以避免熔覆层氧化，惰性保护气体为氩气或氮气，气体流量为1.5m3/h。完成感应熔覆。冷却凝固后即为耐磨涂层。结果表明，在低碳钢表面形成了基本无裂纹、无气孔的熔覆层，厚度为450μm。其微观组织为TiC、Cr7C3增强的AlCoCrCuNi的高熵合金涂层，并与基体形成了冶金结合，其耐磨性为Q235钢的5.2倍。实施例2：一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，包括下述工艺步骤：步骤一、选取Q195作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面进行除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC按一定比例组成混合粉末，所用粉末粒径160-240μm。其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Ni；Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Co；Cu、Al粉的纯度高于99.5%；TiC粉的纯度高于99%；混合粉Ni-Cr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将Ni‑Cr‑B‑Si、Co‑Cr‑B‑Si、Cu、Al、TiC按一定比例组成混合粉末，并用球磨机进行球磨混合，所用粉末粒径120‑240μm；步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1~1.3:1混合制成待熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.8~1.2cm，并烘干；步骤四、采用高频感应加热对熔覆粉进行熔覆，冷却凝固后即为耐磨涂层。

【技术特征摘要】
1.一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体，对零件的待强化表面进行预处理，用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈，用酒精或丙酮清除零部件表面的油污；步骤二、将Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、Al、TiC按一定比例组成混合粉末，并用球磨机进行球磨混合，所用粉末粒径120-240μm；步骤三、将混合粉末与压敏胶按质量比例1.1~1.3:1混合制成待熔覆粉，将其涂覆到钢基体表面，涂覆厚度为0.8~1.2cm，并烘干；步骤四、采用高频感应加热对熔覆粉进行熔覆，冷却凝固后即为耐磨涂层。2.根据权利要求1所述的一种高频感应加热熔覆TiC增强高熵合金涂层的方法，其特征在于：所述的Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Ni；Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr：14~17，B：2.5~4.5，Si：3~4.5，C：0.6~1.0，其余为Co；Cu、Al粉的纯度高于99.5%；TiC粉的纯度高于99%；混合粉Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢金斌，殷振，朱其新，汪帮富，蒋全胜，齐芳娟，齐文春，李江澜，吴永忠，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32