一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料及其制备方法。该复合材料制备方法为：将金属原料与成型剂进行一段式球磨后加入陶瓷添加剂进行二段式球磨，依次经喷雾造粒和烧结，得涂层原料粉末；将涂层原料粉末熔覆于经过预处理的基材表面，经时效回火处理，即得。该材料基于各组分间的协同作用，通过添加抗氧化元素，在材料表面形成致密氧化膜，阻碍离子扩散迁移，大幅提高涂层抗氧化性能，陶瓷添加剂一方面可以显著抑制晶粒长大，起到细晶强化作用，另一方面可作为硬质相粒子，增强整体涂层耐磨性。该制备方法采用“三步法”工艺，生产流程短，易于实现自动化、工业化，且所得涂层的厚度可控，具有高良品率和容错率的优点。具有高良品率和容错率的优点。具有高良品率和容错率的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种耐磨涂层复合材料，具体涉及一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料及其制备方法，属于金属表面处理


技术介绍

[0002]磨损是现代工业工零件的主要失效方式之一。国际摩擦学研究领域一般认为，大约80％的损坏零件是由于各种形式的磨损引起的，由此可见磨损造成的生产经济损失极其巨大。尤其高温下的磨损更为恶劣，高温磨损是集氧化层的生长与剥落、基体的回火软化、组织的变化以及磨损机制转变等的多因素作用的复杂过程，在军工、航空、钢铁和汽车等重要领域中有着巨大的负面影响。改善工零件高温耐磨性的重点在于提升材料抗氧化性和减缓材料高温软化两方面。通过激光熔覆或等离子熔覆技术在工件表面制备一层具有一定厚度的抗氧化耐磨涂层，能够有效减少磨损的发生，大幅提高工件寿命。
[0003]CN114574852专利提供了一种硬度高、热硬性好、韧性佳、具有优异高温耐磨性的由底层、过渡层和耐磨层组成的高温梯度涂层，虽然其耐磨性优异，但高温抗氧化性能较差，不适用于对抗氧化性能要求高的工况；而且其需要制备多层涂层，工艺繁琐，流程长，效率低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料，该复合材料基于各组分间的协同作用，利用原位生成的微纳米金属间化合物进行强硬化，通过添加Cr、Al、Si等抗氧化元素，在材料表面形成致密氧化膜，阻碍离子扩散迁移，大幅提高涂层抗氧化性能，额外加入的陶瓷添加剂一方面可以显著抑制晶粒长大，起到细晶强化作用，另一方面可作为硬质相粒子，进一步增强整体涂层耐磨性。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，该方法采用“三步法”工艺，生产流程短，易于实现自动化、工业化，且所得涂层的厚度可控，具有高良品率和容错率等优点，仅需制备一层涂层即可同时实现抗氧化和高耐磨的目的。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，将包括Co、Cr、W、Mo、Ni和铝铬合金在内的金属原料与成型剂进行一段式球磨后加入陶瓷添加剂进行二段式球磨，依次经喷雾造粒和烧结，得涂层原料粉末；将涂层原料粉末熔覆于经过预处理的基材表面，经时效回火处理，即得；所述陶瓷添加剂包括氮化铝、氮化钛和氮化硅。
[0007]本专利技术所提供的制备方法通过多段式球磨在均质化原料的前提下提高了原料的表面活化能，通过喷雾造粒和后续烧结获得球形度良好、流动性佳、具有一定强度的便于熔覆的合金粉末，而通过时效处理原位生成的金属间化合物赋予涂层优异的高温硬度和耐磨性，加之固溶强化和外加微米粒子第二相复合强化，在保证材料具有优异的高温力学性能
的同时，进一步强化了其抗氧化性。
[0008]作为一项优选的技术方案，所述复合材料包括以下质量百分比组分：Co10～20％、Cr 8～12％、W 5～9％、Mo 4～8％、Ni 4～8％、Si 1～3％、铝铬合金4～8％、氮化铝1～2％、氮化钛1～2％、氮化硅0.5～1％，余量为Fe。
[0009]作为一项优选的方案，所述复合材料还包括无法避免的杂质，杂质总含量≤0.1％。
[0010]作为一项优选的技术方案，所述原料中的纯元素粉末为商业高纯粉末，纯度不低于99.95％。
[0011]作为一项优选的技术方案，所述铝铬合金粉中Al含量质量占比50～70％。采用铝铬合金粉末作为Al源可有效减少球磨过程中铝的氧化以及避免球磨过程中高活性粉末可能导致的安全隐患。
[0012]作为一项优选的技术方案，所述成型剂为石蜡、PEG和PVB中的至少一种。
[0013]作为一项优选的技术方案，所述成型剂的添加量占原料质量百分比的2～4％。
[0014]作为一项优选的技术方案，所述一段式球磨和二段式球磨均为湿式球磨，球磨介质为乙醇、丙醇和石油醚中的至少一种。
[0015]作为一项优选的技术方案，所述一段式球磨和二段式球磨均在保护气氛下进行。
[0016]作为一项优选的技术方案，所述一段式球磨的条件为：球料比为4～8:1，球磨转速为200～250r/min，时间为24～36h。
[0017]作为一项优选的技术方案，所述二段式球磨的条件为：球料比为4～8:1，球磨转速为200～250r/min，时间为36～48h。
[0018]作为一项优选的技术方案，所述喷雾造粒的方式为压力式或离心式喷雾干燥造粒，其条件为：料浆固体比为45～55％，进口温度为190～210℃，出口温度为80～95℃，造粒粒度为50～200μm。
[0019]作为一项优选的技术方案，所述烧结为真空烧结、氢气烧结和氮气烧结中的一种。
[0020]作为一项优选的技术方案，所述烧结条件为：温度为850～900℃，保温时间为1～3h，随炉冷却至室温。
[0021]作为一项优选的技术方案，所述基材为低合金钢；所述基材的预处理过程为：打磨去除基材表面锈迹和氧化膜，清洗干净并干燥。
[0022]作为一项优选的技术方案，所述熔覆方式为激光熔覆或等离子同步送粉熔覆。
[0023]作为一项优选的技术方案，所述激光熔覆的过程为：将基材在100～200℃下预热20～40min，激光功率为1000～2000W，扫描速度为400～800mm/min，搭接率为40～60％。
[0024]作为一项优选的技术方案，所述等离子同步送粉熔覆的过程为：将基材在100～200℃下预热20～40min，主弧电流大小为180～220A，扫描速度为50～100mm/min；所述时效回火处理的条件为：温度为550～650℃，时间为1～2h。
[0025]本专利技术还提供了一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料，由上述任意一项所述的制备方法所得，包括Fe基体和原位生成的金属间化合物。
[0026]作为一项优选的技术方案，所述金属间化合物包括A7B6型、AB2型和AB3型金属间化合物。
[0027]本专利技术提供的涂层复合材料通过原位生成微纳米金属间化合物强化、固溶强化、
外加第二相产生的细晶强化和弥散强化多种复合强化方式的协同作用，生成包括A7B6型、AB2型和AB3型的金属间化合物，这些金属间化合物能强烈阻碍晶界移动和位错运动，从而赋予材料优异的高温力学性能和抗氧化性。
[0028]相对于现有技术，本专利技术技术方案的有益技术效果如下：
[0029]1)本专利技术所提供的涂层复合材料基于各组分间的协同作用，通过添加Cr、Al、Si等抗氧化元素，在材料表面形成致密氧化膜，阻碍离子扩散迁移，大幅提高涂层抗氧化性能，氮化物陶瓷添加剂一方面可以显著抑制晶粒长大，起到细晶强化作用，另一方面可作为硬质相粒子，进一步增强整体涂层耐磨性。即通过引入这三种氮化物微米粒子，与金属间化合物联合控制，能实现协同，从而进一步提高涂层性能。
[0030]2)本专利技术所提供的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，其特征在于：将包括Co、Cr、W、Mo、Ni和铝铬合金在内的金属原料与成型剂进行一段式球磨后加入陶瓷添加剂进行二段式球磨，依次经喷雾造粒和烧结，得涂层原料粉末；将涂层原料粉末熔覆于经过预处理的基材表面，经时效回火处理，即得；所述陶瓷添加剂包括氮化铝、氮化钛和氮化硅。2.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，其特征在于：所述复合材料包括以下质量百分比组分：Co 10～20％、Cr 8～12％、W 5～9％、Mo 4～8％、Ni 4～8％、Si 1～3％、铝铬合金4～8％、氮化铝1～2％、氮化钛1～2％、氮化硅0.5～1％，余量为Fe。3.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，其特征在于：所述成型剂为石蜡、PEG和PVB中的至少一种；所述成型剂的添加量占原料质量百分比的2～4％。4.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，其特征在于：所述一段式球磨和二段式球磨均匀湿式球磨，球磨介质为乙醇、丙醇和石油醚中的至少一种；所述一段式球磨的条件为：球料比为4～8:1，球磨转速为200～250r/min，时间为24～36h；所述二段式球磨的条件为：球料比为4～8:1，球磨转速为200～250r/min，时间为36～48h。5.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化高速钢耐磨涂层复合材料的制备方法，其特征在于：所述喷雾造粒的方式为压力式或离心式喷雾干燥造粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢丰伟，康希越，陈帅鹏，袁紫仁，
申请(专利权)人：长沙市萨普新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：