一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层及其制备方法，选取铸造Fe‑B合金为原始基体，对原始基体的表面进行打磨和去锈处理；将处理好的原始基体置于氩气内进行预热处理；利用高能激光对预处理后的原始基体进行表面熔融处理；对表面熔融处理后的原始基体进行淬火和回火热处理，在原始基体表面制备得到纳米M

【技术实现步骤摘要】
一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层及其制备方法
本专利技术属于铁基耐磨材料
，具体涉及一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层及其制备方法。
技术介绍
钢铁是目前使用量最大的材料之一，是重要的结构材料。钢铁耐磨铸造合金在冶金、矿山、电力等工业领域应用广泛，其耐磨性和服役安全性是影响零件使用寿命的关键因素。我国每年因磨损造成的金属材料失效高达300万吨，直接经济损失超1000亿元人民币，且这一损耗仍在不断上升。制备成本较低的铸造Fe-B耐磨合金由高硬度的M2B(M代指Fe和合金元素)和金属基体组成，可应用无冲击力或冲击力较低的磨损工况。然而，其中硬质相M2B呈连续网状结构，在磨损服役过程中易发生开裂及破碎现象，不仅严重影响其耐磨性，还会造成零件表面迅速开裂失效。因此，改善Fe-B合金中硬质相M2B的连续网状结构问题一直是当前的研究热点。为了彻底打破硬质相M2B的连续网状结构，提高韧性及耐磨性能，本申请利用激光重熔对Fe-B合金表面进行处理，可简单高效的打破Fe-B合金表层组织中硬质相M2B的连续网状结构，且使其以孤立状形态弥散分布于金属基体中，实现了合金表面韧性及抗磨性能的协同提高。因此，本申请所制备的一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层，可保证Fe-B耐磨合金在高冲击磨料工况下的服役安全性和持久性，解决了传统Fe-B耐磨合金传统在冲击磨损工况下易脱落、耐磨性差的难题，且该涂层制备成本较低，对其推广应用具有重要的工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层及其制备方法，实现Fe-B耐磨合金表面的硬质相M2B实现纳米化及晶粒表面尖角效应显著降低，在磨损过程中会降低晶界应力集中现象，减小磨耗，从而通过与基体协同作用可显著提高表面耐冲击磨损性能。本专利技术采用以下技术方案：一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：S1、选取铸造Fe-B合金为原始基体，对原始基体的表面进行打磨和去锈处理；S2、将步骤S1处理好的原始基体置于氩气内进行预热处理；S3、利用高能激光对步骤S2预处理后的原始基体进行表面熔融处理；S4、对步骤S3表面熔融处理后的原始基体进行淬火和回火热处理，在原始基体表面制备得到纳米M2B增强马氏体基体的表面耐磨涂层。具体的，步骤S1中，Fe-B合金中硼化物的体积分数为10％～40％。具体的，步骤S2中，预热温度为150～500℃。具体的，步骤S3中，高能激光的功率为0.5～2kW，扫描的速度为0.1～1m/min。具体的，步骤S4中，淬火处理的温度为850～1050℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间大于等于2～5h，淬火介质为机油。具体的，步骤S4中，回火处理的温度为200～350℃，升温速率为5～10℃/min，保温时间2h，随炉冷却。本专利技术的另一个技术方案是，一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层，耐磨涂层的硬质相M2B晶粒尺度为40～800nm，涂层硬度为59～68HRC，抗冲击磨料磨损的耐磨性为Fe-B合金的3～7倍。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层的制备方法，选取铸造Fe-B合金为原始基体，置于氩气内进行预热处理；利用高能激光进行表面熔融处理；再经淬火和回火热处理，在原始基体表面制备得到纳米M2B增强马氏体基体的表面耐磨涂层；制备得到的涂层较铸造Fe-B合金的耐磨性优异，特别是纳米M2B增强铁基耐磨涂层适用于冲击磨料磨损工况。进一步的，铸造Fe-B合金中硼化物的体积分数为10％～40％，可实现表面耐磨性的宽幅调控。进一步的，预热温度为150～500℃，合适的预热温度可明显减小铸造Fe-B合金在激光熔融表面时的应力，以避免开裂现象的产生。进一步的，高能激光的功率为0.5～2kW，扫描的速度为0.1～1m/min，激光功率和扫描速度的合理搭配，可保证涂层质量，如实现涂层中晶粒为纳米晶，提高涂层与原始基体的结合力等。进一步的，淬火处理的温度为850～1050℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间2-5h，淬火介质为机油，合适的淬火处理可保证获得涂层基体为马氏体，进而增加基体对主要抗磨相M2B晶粒的支撑和固定作用，可提高耐磨性。进一步的，回火处理的温度为200～350℃，升温速率为5-10℃/min，保温时间2～4h，随炉冷却，合适的回火处理工艺可消除淬火应力，减小冲击磨损过程中开裂和脱落倾向，有利于耐磨性的提高。一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层，纳米M2B增强铁基耐磨涂层中硬质相M2B晶粒尺度为40～800nm，涂层硬度为59～68HRC，抗冲击磨料磨损的耐磨性为基体合金的3～7倍。该涂层可解决铸造Fe-B合金在冲击磨损中易剥落、耐磨性差的难题，不仅可显著提高耐磨性，而且还可改善服役安全性。综上所述，本专利技术纳米M2B增强铁基耐磨涂层具有优异的耐磨性，特别是可用于抗冲击磨料磨损工况，较铸造Fe-B合金的耐磨性提高3～7倍，可实现传统Fe-B耐磨合金经适当的激光表面熔融制备涂层后，在冲击磨损工况下应用，具有重要工程应用推广价值。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术制备的纳米M2B增强铁基耐磨涂层显微组织图片；图2为本专利技术制备的纳米M2B增强铁基耐磨涂层深腐蚀形貌。具体实施方式应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。在附图中示出了根据本专利技术公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。本专利技术一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：S1、选料；选取铸造Fe-B合金为原料，对合金表面进行打磨，去锈。Fe-B合金中硼化物的含量范围为10％～40％。S2、预处理将处理好的合金块体置于氩气保护腔内，预热处理。合金试块进行预热处理，预热温度为150～500℃。S3、激光熔融利用激光器对铸造Fe-B合金表面进行熔融处理；激光功率为0.5～2kW，扫描的速度为0.1～1m/min。S4、热处理将表面熔融处理后的试样进行淬火+回火热处理，即可获得纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、选取铸造Fe-B合金为原始基体，对原始基体的表面进行打磨和去锈处理；/nS2、将步骤S1处理好的原始基体置于氩气内进行预热处理；/nS3、利用高能激光对步骤S2预处理后的原始基体进行表面熔融处理；/nS4、对步骤S3表面熔融处理后的原始基体进行淬火和回火热处理，在原始基体表面制备得到纳米M

【技术特征摘要】
1.一种纳米M2B增强铁基耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选取铸造Fe-B合金为原始基体，对原始基体的表面进行打磨和去锈处理；
S2、将步骤S1处理好的原始基体置于氩气内进行预热处理；
S3、利用高能激光对步骤S2预处理后的原始基体进行表面熔融处理；
S4、对步骤S3表面熔融处理后的原始基体进行淬火和回火热处理，在原始基体表面制备得到纳米M2B增强马氏体基体的表面耐磨涂层。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，Fe-B合金中硼化物的体积分数为10％～40％。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，预热温度为150～500℃。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：皇志富，宁海玥，坚永鑫，孔寒冰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61