一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及提供了一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法，通过堆焊技术在硬质合金刀具表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层，再通过渗硼工艺高熵合金FeCoCrNiMn层表面形成高熵合金硼化物层。堆焊和渗硼工艺技术保证了层间结合力，高熵合金层具有较高的Mn含量，存在加工硬化，使刀具硬度增加。渗硼层受到冲击载荷，存在磨粒磨损，渗硼层的加入使触土部件抗磨擦性能大幅增加，高熵合金层具同时可以直接对上层渗硼涂层起到高硬支撑作用，进一步增加抵抗摩擦性能，尤其适用于磨损严重工况。尤其适用于磨损严重工况。尤其适用于磨损严重工况。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属涂层
，具体涉及一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]旋耕机扮演了我国农业用具的重要角色，其工作可以快速的完成旋耕作业，提高了旱地播种前的效率，由于旋耕机的主要部件是旋耕刀，我国的制造水平与国际先进水平存在差距，更换旋耕刀成本较大，很难满足长时间国内对于旋耕刀的使用要求。由于触土部件作为旋耕机的关键部件之一，其工作环境复杂，摩擦剧烈产生大量热，旋耕刀通过旋耕机的机械动力传递，使刀具快速旋入地表土层，进而进行翻转耕地，旋耕刀工作强度高，磨损十分严重，使用周期短。其中最主要的是存在刀具断裂和磨损行为，提高旋耕刀耐磨性是增加触土使用寿命的主要方法。目前使用的刀具导热性差，耐磨性差，硬度高，寿命低，脆性大等不足之处，界面结合强度也存在一定不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法，通过堆焊技术硬质合金刀具表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层，再通过渗硼工艺高熵合金FeCoCrNiMn层表面形成高熵合金硼化物层。堆焊和渗硼工艺技术保证了层间结合力，高熵合金层具有较高的Mn含量，存在加工硬化，使刀具硬度增加。渗硼层受到冲击载荷，存在磨粒磨损，渗硼层的加入使触土部件抗磨擦性能大幅增加，高熵合金层具同时可以直接对上层渗硼涂层起到高硬支撑作用，进一步增加抵抗摩擦性能。适用于强化触土部件，减少磨料磨损，以提高使用寿命，降低生产成本。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的方案如下：一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，所述涂层包括涂覆在刀具表面的高熵合金FeCoCrNiMn层与涂覆在所述高熵合金FeCoCrNiMn层表面的高熵合金硼化物层。
[0005]优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:50
‑
60％、Co:10
‑
20％、Cr:10
‑
15％、Ni:10
‑
15％、Mn:10
‑
20％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:12
‑
20。
[0006]优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为1.0
‑
2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为20
‑
30μm。
[0007]优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:55.8％、Co:11.2％、Cr:10.9％、Ni:10.2％、Mn:11.9％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:15；所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为21.35μm。
[0008]一种如上所述用于硬质合金刀具的高熵复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)对硬质合金刀具基体表面进行增加结合力的预处理；具体步骤为用目数180#、
400#、800#的砂纸分别对刀具基体表面进行研磨，依次使用酒精和丙酮清洗刀具基体表面10
‑
30min，去除刀具基体表面与空气长期接触形成的氧化层和油污等杂质：
[0010]2)对高熵合金FeCoCrNiMn粉末进行过筛、除去200
‑
300目的大颗粒，对粉末样品烘干20min去除残存水分；将硬质合金刀具基体加热至设定温度300℃；所述高熵合金FeCoCrNiMn粉末的成分按质量百分比计包括Fe:50
‑
60％、Co:10
‑
20％、Cr:10
‑
15％、Ni:10
‑
15％、Mn:10
‑
20％；
[0011]3)在高纯氩气保护下，以高熵合金FeCoCrNiMn粉末为焊粉，对硬质合金刀具基体进行堆焊，堆焊结束后，将刀具基体放置在保温隔热棉内保温30
‑
60min，在硬质合金刀具基体表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层；
[0012]4)将步骤3)中得到的堆焊高熵合金FeCoCrNiMn层的刀具基体表面进行增加结合力的预处理；具体步骤为使用360#、600#、800#的SiC水砂纸逐级对堆焊高熵合金FeCoCrNiMn层的刀具基体表面研磨，并用粒度为0.5μm的金刚石喷雾抛光剂机械抛光，使用酒精丙酮清洗表面10
‑
30min，烘干处理。
[0013]5)将硼铁合金和碳化硼以1:12
‑
20的质量比混合均匀作为渗剂，采用HBT
‑
100K真空渗金属炉，设置真空度为1.33
×
10 ‑3Pa，在高纯氩气保护下，将堆焊高熵合金FeCoCrNiMn层的刀具基体在800
‑
1200℃下保温8
‑
10h进行渗硼；渗硼结束后淬火冷却至室温，升高温度进行回火、冷却、洗净，表面形成高熵合金硼化物层。淬火处理改善组织性能，增强耐磨性和疲劳强度；回火处理提高组织稳定性，消除内应力。
[0014]优选的，所述步骤3)中，采用DML
‑
V02BD等离子堆焊机，具体通过等离子弧堆焊法进行堆焊，设定直线往复焊作为堆焊路径，速度为800
‑
1200mm/min，往复次数为10
‑
18，进一步优选为15次，堆焊引弧电流为50
‑
70A。
[0015]优选的，所述步骤3)中，焊粉的送粉流量为1.5
‑
2.5L/min。
[0016]优选的，所述步骤3)中，堆焊过程中堆焊过程中通过连续焊对刀具基体与高熵合金FeCoCrNiMn层之间的焊缝进行处理，设定焊缝长度为40
‑
60mm、焊缝宽度为2
‑
4mm。进一步优选，设定焊缝长度为50mm，焊缝宽度为3mm。
[0017]优选的，所述步骤3)中，等离子对焊机的操作台与刀具基体之间预留1
‑
5mm的安全距离，搭接率设置30
‑
60％，喷嘴和刀具基体相距10
‑
18mm；进一步优选，操作台与刀具基体预留2mm安全距离，搭接率设置30
‑
60％，喷嘴和基体相距15mm。
[0018]优选的，所述步骤5)中，回火的保温温度为400
‑
450℃，持续时间为3
‑
4h；进一步优选，所述步骤5)中，回火的保温温度为410℃，持续时间为3h。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本专利技术通过堆焊技术在旋耕刀表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层，再经过渗硼工艺在高熵合金FeCoCrNiMn层表面形成高熵合金硼化物层，堆焊层间通过界面冶金结合，固体渗硼层间通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，其特征在于，所述涂层包括涂覆在刀具表面的高熵合金FeCoCrNiMn层与涂覆在所述高熵合金FeCoCrNiMn层表面的高熵合金硼化物层。2.根据权利要求1所述一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，其特征在于，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:50
‑
60％、Co:10
‑
20％、Cr:10
‑
15％、Ni:10
‑
15％、Mn:10
‑
20％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:12
‑
20。3.根据权利要求2所述一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，其特征在于，所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为1.0
‑
2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为20
‑
30μm。4.根据权利要求3所述一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，其特征在于，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:55.8％、Co:11.2％、Cr:10.9％、Ni:10.2％、Mn:11.9％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:15；所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为21.35μm。5.一种根据权利要求1
‑
4任一所述用于硬质合金刀具的高熵复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对硬质合金刀具基体表面进行增加结合力的预处理：2)对高熵合金FeCoCrNiMn粉末进行过筛、烘干后；将硬质合金刀具基体加热至预设温度；所述高熵合金FeCoCrNiMn粉末的成分按质量百分比计包括Fe:50
‑
60％、Co:10
‑
20％、Cr:10
‑
15％、Ni:10
‑
15％、Mn:10
‑
20％；3)在保护气氛下，以高熵合金FeCoC...

【专利技术属性】
技术研发人员：万强，贾槟源，马文昊，闫龙，肖洋轶，李善军，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：