金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层及其制备方法技术

本发明专利技术为一种金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层，包括均匀分布的金刚石颗粒簇和合金层，其中金刚石颗粒簇为金刚石颗粒在Z方向按照沙漏状排布。制备时，先对待增强基体材料表面进行除油、喷洒处理，在其表面刷涂粘结剂，先在表面喷洒大颗粒金属合金颗粒达最密排列，然后在表面喷洒金刚石颗粒，使金刚石颗粒填充大颗粒金属合金颗粒的间隙，去除表面多余的金刚石颗粒，在表面刷涂粘结剂，再次喷洒小颗粒金属合金颗粒达最密排列，最后利用真空设备将金刚石颗粒和合金颗粒与待增强材料熔合，形成金刚石颗粒增强耐磨层。本发明专利技术设计科学，技术方案简单易行，金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层的耐磨性可提升5倍以上。的金刚石增强耐磨层的耐磨性可提升5倍以上。的金刚石增强耐磨层的耐磨性可提升5倍以上。

【技术实现步骤摘要】
金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐磨涂层
，具体是一种金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层的制备方法。

技术介绍

[0002]磨损失效是机械设备和零件失效的一个重要组成部分，据不完全统计,消耗在磨损上的能源约占总能源消耗量的1/3,大约有80%的损坏零件是由于磨损造成的。更换磨损失效的零部件需要消耗大量的人力、物力,经济损失很大。由于磨损都是发生在表面的，因此除了更换具有更高耐磨性的材料，对原始材料进行表面改性不失为一种节省成本的有效手段。
[0003]金刚石是自然界中硬度最高的材料、耐磨性好、摩擦系数及低，是极佳的耐磨材料。但是现有的技术无法低成本制备大尺寸的金刚石膜层，另外，金刚石与其他材料之间的热膨胀系数等性能差异很大，这使得金刚石膜很难复合在其他材料表面，这使得金刚石材料在耐磨方面的应用受到了极大的限制。为了解决这种问题，很多学者及企业尝试将高温高压法合成的金刚石微粉进行烧结或熔覆，将金刚石小颗粒复合到其他材料表面，这种方法主要用于刀具领域，很大程度上提升了刀具的耐磨性，且表面的金刚石还大幅提升了刀具的切削性能，但是目前熔覆到材料表面的金刚石主要为单层金刚石，把金刚石颗粒的一部分露在外面，用于提升其切削性能。一旦该层金刚石磨损或脱落，底层的材料耐磨性急剧下降，为了进一步发挥金刚石颗粒的作用，人们提出制备多层金刚石，但是，法向上制备多层金刚石、且实现每层金刚石的均布十分困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中存在的技术问题，而提供一种金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层，包括合金层，合金层内均匀分布有若干金刚石颗粒簇，若干金刚石颗粒簇被包覆在合金层内并且呈阵列排布，金刚石颗粒簇的顶面高度低于合金层的顶面高度；其中，金刚石颗粒簇为金刚石颗粒在Z方向按照沙漏状堆积而成的，即Z方向上金刚石颗粒为上部和下部数量多、中部数量少的梯度分布，在X、Y方向上均匀分布，金刚石颗粒簇的外型呈沙漏状。
[0006]作为优选的技术方案，金刚石颗粒的粒径为48目~150目，金刚石颗粒簇的高度为金刚石颗粒粒径的6.5倍；合金层的厚度为0.7~2 mm，合金层的顶面高出金刚石颗粒簇的顶面1~100微米。
[0007]作为优选的技术方案，合金层采用NiCr基合金层或Cu基合金层。
[0008]进一步的，本专利技术还提供了上述金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层的制备方法，其包括如下步骤：
A：初加工：将待增强的基体材料的表面除油、喷砂处理；B：金刚石及合金颗粒固定：将有机粘结剂刷涂于基体材料表面，先在表面喷洒大颗粒金属合金颗粒达最密排列，然后在表面喷洒金刚石颗粒，使金刚石颗粒填充大颗粒金属合金颗粒的间隙，接着去除表面多余的金刚石颗粒，在表面继续刷涂有机粘结剂，之后再次喷洒小颗粒金属合金颗粒达最密排列；C：高温熔合：将固定了金属合金颗粒以及金刚石颗粒的基体材料置于真空加热设备中，升温使金属合金颗粒、金刚石颗粒与基体材料熔合，随炉冷却后在基体材料上即形成了金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层；D：后处理：将基体材料进行热处理，修复因焊接降低的性能，同时去除耐磨层制备引入的残余应力。
[0009]作为优选的技术方案，步骤B中，喷洒的大颗粒金属合金颗粒的粒径为金刚石颗粒粒径的6.5倍。
[0010]作为优选的技术方案，步骤B中，喷洒的小颗粒金属合金颗粒的粒径为大颗粒金属合金颗粒粒径的0.65~0.8倍。
[0011]作为优选的技术方案，大（小）颗粒金属合金颗粒采用的是NiCr基合金颗粒或Cu基合金颗粒。
[0012]作为优选的技术方案，NiCr基合金颗粒由元素Ni、Cr、Si、B组成，其中Cr含量为5%~10%，Si含量为3~8%，B含量为2~7%，Ni含量为75~90%；Cu基合金颗粒由元素Cu、Sn、Ti组成，其中Cu含量为68~80%，Sn含量为12~20%，Ti含量为8%~12%。
[0013]作为优选的技术方案，步骤C中，当大（小）颗粒金属合金颗粒采用的是NiCr基合金颗粒时，真空加热的保温温度为1000
‑
1150℃，保温时间为3min
‑
1h；当大（小）颗粒金属合金颗粒采用的是Cu基合金颗粒时，真空加热的保温温度为850~1000℃，保温时间为5~30min。
[0014]作为优选的技术方案，步骤B中，最密排列是指相邻的三或四颗大（小）颗粒金属合金颗粒中间无法加入一颗新的大（小）颗粒金属合金颗粒。
[0015]本专利技术技术方案的原理为：本专利技术利用大颗粒金属合金颗粒密排后形成的间隙，对所要制备的耐磨层中的金刚石颗粒进行定位和密度设计；然后将粒径为大颗粒金属合金颗粒直径15%以下的金刚石颗粒填充进入其间隙形成金刚石颗粒簇，由于金刚石颗粒进入的是大颗粒金属合金颗粒的间隙，因此金刚石颗粒簇的形状会形成为上部和下部大、中部小的沙漏状，即靠近表面会存在更多的金刚石颗粒，从而增加表层的耐磨性，降低跑和阶段剧烈摩擦磨损对涂层的损伤；最后通过在表层再铺设一层小颗粒金属合金颗粒，将大颗粒金属合金颗粒和金刚石颗粒之间的间隙填充，为了保证填充完全，并且不在上表面形成厚的不含金刚石颗粒的表面合金层，表面喷洒的小颗粒金属合金颗粒的粒径为大颗粒金属合金颗粒粒径的0.65~0.8倍。本专利技术通过采用不同粒径的金属合金颗粒设计出不同密度和高度的金刚石颗粒簇，金属合金颗粒的粒径越大，金刚石颗粒簇的面密度相对越小，但是其高度和直径越大，所采用的金刚石颗粒的粒径越大。本专利技术中在高温熔合步骤中，由于温度较高，会对基体材料产生热损伤，本专利技术技术方案针对该问题设计相应的热处理，修复因焊接降低的性能，同时去除耐磨层制备引入的残余应力。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1）本专利技术采用超耐磨材料金刚石作为耐磨层的增强相，更好的提高基体材料的耐
磨性能，同时选用的金属合金颗粒为NiCr基合金颗粒和Cu基合金颗粒， NiCr基合金中的Cr和Cu基合金中的Ti作为亲碳金属会在高温熔融过程中转化成碳化物，形成强的化学键合，实现对金刚石的强力把持。
[0017]2）本专利技术可根据需求，通过调节大颗粒金属合金颗粒的粒径，实现对金刚石颗粒簇密度和直径的精准调控，同时可通过调节大颗粒金属合金颗粒的粒径实现对金刚石颗粒簇高度的精准控制，实现耐磨层厚度变化，选择出最优可行配比方案。
[0018]3）本专利技术充分利用焊接的高温，设计相应的热处理，修复因焊接降低的性能，同时去除耐磨层制备引入的残余应力。
[0019]4）本专利技术方案设计科学，制备方法技术方案简单易行，金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层的耐磨性可提升5倍以上。
附图说明
[0020]此处的附图用来提供对本专利技术的进一步说明，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用来解释本专利技术，并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层，其特征在于：包括合金层，合金层内均匀分布有若干金刚石颗粒簇，若干金刚石颗粒簇被包覆在合金层内并且呈阵列排布，金刚石颗粒簇的顶面高度低于合金层的顶面高度；其中，金刚石颗粒簇为金刚石颗粒在Z方向按照沙漏状堆积而成的。2.根据权利要求1所述的金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层，其特征在于：金刚石颗粒的粒径为48目~150目，金刚石颗粒簇的高度为金刚石颗粒粒径的6.5倍；合金层的厚度为0.7~2 mm，合金层的顶面高出金刚石颗粒簇的顶面1~100微米。3.根据权利要求1或2所述的金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层，其特征在于：合金层采用NiCr基合金层或Cu基合金层。4.如权利要求1所述的金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：A：初加工：将待增强的基体材料的表面除油、喷砂处理；B：金刚石及合金颗粒固定：将有机粘结剂刷涂于基体材料表面，先在表面喷洒大颗粒金属合金颗粒达最密排列，然后在表面喷洒金刚石颗粒，使金刚石颗粒填充大颗粒金属合金颗粒的间隙，接着去除表面多余的金刚石颗粒，在表面继续刷涂有机粘结剂，之后再次喷洒小颗粒金属合金颗粒达最密排列；C：高温熔合：将固定了金属合金颗粒以及金刚石颗粒的基体材料置于真空加热设备中，升温使金属合金颗粒、金刚石颗粒与基体材料熔合，随炉冷却后在基体材料上即形成了金刚石颗粒簇均匀排列的金刚石增强耐磨层；D：后处理：将基体材料进行热处理，修复因焊接降低的性能，同时去除耐磨层制备引入的残余应力。5.根据权利要求4所述的金刚石颗粒簇均匀排...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洁，常建楠，于盛旺，马永，郑可，黑鸿君，王永胜，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：