一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，包括如下步骤：采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；调整铁基体与喷油器之间的距离，可以控制TiC和TiN颗粒的大小以及两者的相对含量；铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；对碳进行加热，直至碳转化为结晶碳或石墨；该工艺兼具熔化和快速凝固的特点，可确保精细的基体结构和增强颗粒的均匀分布，且结合结晶碳或石墨，由于碳具有层状晶体结构，具有自润滑特性，摩擦系数低，耐磨性好，可使得铁基合金具有自润滑性。

【技术实现步骤摘要】
一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法
本专利技术属于合金原位制备
，具体涉及一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法。
技术介绍
铁基合金是硬面材料中使用量大而广的一类，这类材料最大的特点是综合性能良好，使用性能范围很宽，而且材料价格是最低廉的，最典型的时效硬化型铁基合金是马氏体时效钢(18Ni型)。其碳的质量分数极低，不超过0.03％，加入大量的Ni，空冷至室温就能获得板条马氏体，因碳的质量分数低，马氏体强度硬度并不高，但韧性良好。在450～500℃时效处理，合金元素首先在位错处偏聚形成“气团”，再以“气团”为核心析出Ni2M、Ni3M(M代表其他金属合金元素)型金属间化合物，沉淀强化使钢的屈服强度提高到1400～3500MPa。马氏体时效钢有3种强化机制：沉淀强化、固溶强化和相变强化(马氏体)，其中沉淀强化的贡献最大。传统的硬质铁基合金的原位制备方法，复合材料成本高、增强体分布部均匀、存在界面反应，且无法使用传统的金属熔融铸造设备，同时不具备自润滑的特性，为此我们提出一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，包括如下步骤：A、采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；B、调整铁基体与喷油器之间的距离，可以控制TiC和TiN颗粒的大小以及两者的相对含量；C、铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；D、金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；E、对碳进行加热，直至碳转化为结晶碳或石墨；F、对结晶碳或石墨进行打磨加工，直至结晶碳或石墨的外表面与凹槽内壁温吻合；G、将打磨后的结晶碳或石墨插设至铁基体的凹槽内，结晶碳或石墨的外侧壁延伸至凹槽外侧。进一步地，所述步骤D中的金属粉具体为Fe-2.56％C合金颗粒。进一步地，碳进行加热时，加热温度为2500℃。进一步地，经过上述步骤A、步骤B以及步骤D，可得到粒径在0.5μm以下的TiC和Fe2Ti增强颗粒。进一步地，所述步骤D中的反应气体可为氮气或甲烷，可使增强相在等离子气体的激发下发生合成反应。相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：该工艺兼具熔化和快速凝固的特点，可确保精细的基体结构和增强颗粒的均匀分布，并确保Tic和Fe2Ti增强颗粒与基体之间的良好化学或冶金结合，所制备的材料在室温和高温下具有高强度，高耐磨性和耐热性，由于反应喷涂成本低，生产速度快，具有良好的开发和应用前景；且结合结晶碳或石墨，由于碳具有层状晶体结构，具有自润滑特性，摩擦系数低，耐磨性好，可使得铁基合金具有自润滑性。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术铁基合金的结构示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。实施例一参照图1和图2，本专利技术提出的一种技术方案：一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，包括如下步骤：A、采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；B、调整铁基体与喷油器之间的距离，铁基体与喷油器距离为8厘米，可以控制TiC和TiN颗粒的大小以及两者的相对含量；C、铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；D、金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，使增强相在等离子气体的激发下发生合成反应，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；E、对碳进行加热，且加热温度为2500℃，直至碳转化为结晶碳或石墨；F、对结晶碳或石墨进行打磨加工，直至结晶碳或石墨的外表面与凹槽内壁温吻合；G、将打磨后的结晶碳或石墨插设至铁基体的凹槽内，结晶碳或石墨的外侧壁延伸至凹槽外侧。本实施例中，步骤D中的金属粉具体为Fe-2.56％C合金颗粒。本实施例中，经过上述步骤A、步骤B以及步骤D，可得到粒径在0.5μm以下的TiC和Fe2Ti增强颗粒。本实施例中，步骤D中的反应气体可为氮气或甲烷。本专利技术的工作原理及使用流程：雾化Fe-5％Ti合金时，注入Fe-2.56％C合金颗粒，通过钛与碳的反应，得到了粒径小于等于0.5μm的TiC和Fe2Ti增强颗粒，该工艺结合了熔化和快速凝固的特点，保证了基体组织的细化和增强颗粒的均匀分布，同时也保证了TiC和Fe2Ti增强颗粒与基体之间良好的化学或冶金结合，所得材料具有较高的室温和高温强度以及较高的耐磨性和耐热性，由于反应喷射沉积工艺成本低、生产速度快，具有良好的开发和应用前景；且将由于碳具有层状晶体结构，具有自润滑特性，摩擦系数低，耐磨性好，可使得铁基合金具有自润滑性；且铁基体与喷油器距离为8厘米，可以控制TiC和TiN颗粒的大小以及两者的相对含量，使得铁基合金的耐磨性、耐热性以及强度发生变化，如图1所示。实施例二参照图1和图2，本专利技术提出的一种技术方案：一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，包括如下步骤：A、采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；B、调整铁基体与喷油器之间的距离，铁基体与喷油器距离为13厘米，可以控制TiC和TiN颗粒的大小以及两者的相对含量；C、铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；D、金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，使增强相在等离子气体的激发下发生合成反应，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；E、对碳进行加热，且加热温度为2500℃，直至碳转化为结晶碳或石墨；F、对结晶碳或石墨进行打磨加工，直至结晶碳或石墨的外表面与凹槽内壁温吻合；G、将打磨后的结晶碳或石墨插设至铁基体的凹槽内，结晶碳或石墨的外侧壁延伸至凹槽外侧。本实施例中，步骤D中的金属粉具体为Fe-2.56％C合金颗粒。本实施例中，经过上述步骤A、步骤B以及步骤D，可得到粒径在0.5μm以下的TiC和Fe2Ti增强颗粒。本实施例中，步骤D中的反应气体可为氮气或甲烷。本实施例与实施例一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA、采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；/nB、调整铁基体与喷油器之间的距离；/nC、铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；/nD、金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；/nE、对碳进行加热，直至碳转化为结晶碳或石墨；/nF、对结晶碳或石墨进行打磨加工，直至结晶碳或石墨的外表面与凹槽内壁温吻合；/nG、将打磨后的结晶碳或石墨插设至铁基体的凹槽内，结晶碳或石墨的外侧壁延伸至凹槽外侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种表面自润滑硬质合金的原位制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、采用等离子喷涂技术在铁基体上沉积了Tic和TiN颗粒，在喷射沉积过程中，钛液滴表面与氮、碳原子连续反应；
B、调整铁基体与喷油器之间的距离；
C、铁基体外侧壁上开设至少一条凹槽；
D、金属粉末加热熔化后，注入等离子体注射器，并引入反应气体，增强颗粒形成并沉积在铁基体上；
E、对碳进行加热，直至碳转化为结晶碳或石墨；
F、对结晶碳或石墨进行打磨加工，直至结晶碳或石墨的外表面与凹槽内壁温吻合；
G、将打磨后的结晶碳或石墨插设至铁基体的凹槽内，结晶碳或石墨的外侧壁延伸至凹槽外侧。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维占，印力魁，赵太勇，付建平，任凯，王保国，陈智刚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14