一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法，所述复合涂层材料包括Ni60合金和Ti

【技术实现步骤摘要】
一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法
本专利技术涉及表面工程
，具体涉及一种复合涂层材料、不锈钢表面复合涂层及其制备方法。
技术介绍
304不锈钢是一种应用广泛的铬-镍不锈钢，具有良好的低温强度和力学性能，在食品、化工等领域被广泛应用。但是，304不锈钢表面的硬度相对较低(一般为200～250HV)，且表面耐磨性尤其是高温耐磨性差，限制了其在摩擦领域的应用，例如在运动部件上的应用。对304不锈钢表面进行改性处理是目前比较理想的处理方法，尤其是使用激光熔覆技术，但由于304不锈钢材质较为特殊，在使用激光技术改善其表面性能时，需要对工艺参数及制备原材料提出更高的要求。磨损是发生在材料或零部件的表面，可通过适当修改表面区域的微观结构或组成来改善。耐磨性是金属材料的一种重要性能，其反映的是材料抵抗磨损的能力。磨损对于结构而言，往往容易导致工作效率的降低、甚至报废，影响正常使用功能，因此，提高材料的耐磨性能具有十分重要的意义。如果在近表面区域形成耐磨复合层，将会显著提高耐磨性，而不会影响韧性。激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术，是指以高能量密度的激光束作为热源，通过同步送粉法或者预置粉末法，在基材表面制备一层性能高和结合好的涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料，但在生活中的应用较少，尤其是还没有采用激光熔覆技术对日常使用的不锈钢进行的表面改性的方法。因此，如何采用激光熔覆的方法在普通不锈钢表面形成较好的耐磨性能的涂层，成为目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种复合涂层材料，能够通过激光熔覆技术制备具有高温耐磨特性的不锈钢表面复合涂层。本专利技术还提出一种使用上述复合涂层材料的不锈钢表面复合涂层的制备方法。本专利技术还提出上述制备方法制备得到的不锈钢表面复合涂层。本专利技术还提出一种具有上述不锈钢表面复合涂层的不锈钢产品。根据本专利技术的第一方面的实施例的复合涂层材料，包含Ni60合金和Ti3SiC2。根据本专利技术实施例的复合涂层材料，至少具有如下有益效果：本专利技术的复合涂层材料包括Ni60合金和Ti3SiC2，其能够极大提高涂层的硬度及耐磨性能；其中，Ni60合金具有高韧性及良好的润湿性等优异特性，被广泛用做增韧相；部分Ti3SiC2在高温下，发生分解，并在熔池中形成的TiC、Cr7C3、Fe2C具有较高硬度的陶瓷颗粒，可弥补基体材料硬度较低的缺陷；同时，在高温下，Ti3SiC2具有较好的润滑效果，因此能提高涂层材料的高温耐磨性能。在本专利技术中，Ni60合金具有良好的韧性和润湿性等优异的性能特点，是耐磨复合材料常见的增韧相，其在改善304不锈钢表面的润湿性的同时，还能减少材料内部出现偏析和马氏体相变等组织恶化等情况；Ti3SiC2作为典型的MAX相，呈六方晶格层状结构，综合了陶瓷和金属的部分特性，其具体结构可以描述为两个边缘共享的Ti6C八面体层，通过一个二维封闭的填充Si层连接在一起，这也使Ti3SiC2具有一定的自润滑特性，相比于常用的二元固体润滑剂，Ti3SiC2在高温下不易分解，有着更好的热稳定性，且在部分反应情况下可在熔池中形成新的陶瓷颗粒，能极大改善涂层性能。根据本专利技术的一些实施方式，所述Ni60合金与Ti3SiC2的质量比为5.6～19：1。进一步地，所述Ti3SiC2在涂层材料中所占质量分数为5～15％进一步地，所述Ni60合金和Ti3SiC2均为粉末。根据本专利技术的一些实施方式，按重量份计，所述Ni60合金的成分包括4～5wt.％的Si、3～4wt.％的B、5～7wt.％的Fe、15～17wt.％的Cr、1～2wt.％的C以及余量为Ni。进一步地，按重量份计，所述Ni60合金的成分包括4.47wt.％的Si、3.29wt.％的B、5.97wt.％的Fe、15.97wt.％的Cr、0.87wt.％的C以及余量为Ni。根据本专利技术的第二方面的实施例的不锈钢表面复合涂层的制备方法，使用上述复合涂层材料，在不锈钢表面采用激光熔覆技术处理，形成不锈钢表面复合涂层。根据本专利技术实施例的不锈钢表面复合涂层的制备方法，至少具有如下有益效果：本专利技术利用包含Ni60合金和Ti3SiC2的复合涂层材料，采用激光熔覆技术，在不锈钢表面制备了物相为固溶体Cr0.19Fe0.7Ni0.11，硬质相TiC、Cr7C3、Fe2C，润滑相Ti3SiC2的复合材料涂层；制备过程中，部分Ti3SiC2在高温下，发生分解，并在熔池中形成的TiC、Cr7C3、Fe2C具有较高硬度的陶瓷颗粒，可弥补不锈钢硬度较低的缺陷，为不锈钢在运动部件上的应用提供技术基础。根据本专利技术的一些实施方式，所述激光熔覆技术的参数为：激光功率：0.8～2.0kW；激光束光斑尺寸：直径1.5～2.5mm；扫描速度：6.67～16.57mm/s。由于熔覆过程中激光的能量密度较高，涂层材料在此功率范围内均能与基体之间产生良好的冶金结合，对涂层结合强度及整体性能的影响较小。进一步地，根据后续试验测试条件的不同，在激光熔覆过程中，可选择合适的激光功率、光斑直径和扫描速率以获得所需的涂层厚度或稀释率。进一步地，所述激光熔覆技术的工艺是同步送粉法。激光熔覆工艺按照熔覆材料不同的供应方式，可将其分为粉末预置法和同步送粉法两大类。同步送粉法是利用送料系统将熔覆材料送入激光束作用区域，使送料与熔覆过程同步进行，该种熔覆过程效率极高，适用于大批量的实际生产。本专利技术使用同步送粉法的激光熔覆工艺，能够使得参数更佳。根据本专利技术的第三方面的实施例的不锈钢表面复合涂层，采用上述制备方法制备得到。根据本专利技术实施例的不锈钢表面复合涂层，至少具有如下有益效果：本专利技术的不锈钢表面复合涂层具有硬度高和耐磨性能好等优点，尤其是具有较好的高温耐磨性能，为不锈钢在运动部件上的应用提供技术基础。根据本专利技术的一些实施方式，所述不锈钢表面复合涂层包括：固溶体Cr0.19Fe0.7Ni0.11，硬质相TiC、Cr7C3、Fe2C和润滑相Ti3SiC2。根据本专利技术的一些实施方式，所述不锈钢为304不锈钢。根据本专利技术的第四方面的实施例的不锈钢产品，包含上述不锈钢表面复合涂层。根据本专利技术实施例的不锈钢产品，至少具有如下有益效果：该不锈钢产品具有良好的耐磨性能，特别是高温耐磨性能，能够应用于高温运作的设备或设备的运动部件上。根据本专利技术的一些实施方式，所述不锈钢为304不锈钢。根据本专利技术的一些实施方式，所述产品为运动部件。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合涂层材料，其特征在于：包含Ni60合金和Ti

【技术特征摘要】
1.一种复合涂层材料，其特征在于：包含Ni60合金和Ti3SiC2。


2.根据权利要求1所述的复合涂层材料，其特征在于：所述Ti3SiC2在涂层材料中所占质量分数为5～15％。


3.根据权利1或2所述的复合涂层材料，其特征在于：按重量份计，所述Ni60合金的成分包括4～5wt.％的Si、3～4wt.％的B、5～7wt.％的Fe、15～17wt.％的Cr、1～2wt.％的C，余量为Ni。


4.一种不锈钢表面复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：使用如权利要求1至3任一项所述的复合涂层材料，在不锈钢表面采用激光熔覆技术处理，形成不锈钢表面复合涂层。


5.根据权利要求4的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆技术的参数为：激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀波，欧阳春生，刘一帆，梁珏，祝杨，王港，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43