一种(Cr,Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种(Cr,Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法。其步骤为：首先，将Fe基合金粉末与Cr3C2粉末分别装入独立送粉装置；然后，根据设计送粉量经Y形管混粉后进入等离子弧中对零部件表面进行熔覆制备涂层，涂层的宽度和厚度通过熔覆速度和摆动宽度进行控制；最后，制备好的涂层在空气中自由冷却。本发明专利技术中制备的(Cr,Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基涂层过程简单，增强相为原位生成，与基体结合力较大，柱状碳化物的抗脱落性较高，涂层抗磨损性能好，且设备投资小，自动化程度高，可实现复杂曲面上耐磨涂层制备。

【技术实现步骤摘要】
,Fe)₇C₃柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法
本专利技术涉及耐磨涂层领域，特别是，Fe) 7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法。
技术介绍
在航空、航天、机车、汽车、地质勘探等工业中，大量零部件处在摩擦磨损条件下。因此，要求这些存在摩擦副的零部件之间具有较好的耐磨性能。为了提高金属的耐磨性，通常采用表面技术来获得耐磨涂层。涂层材料多为复合材料，其增强相常选用硬度和耐磨性较高的碳化物、氮化物、氧化物或硼化物的颗粒状或纤维状材料。(Cr，Fe)7C3碳化物一直作为一种增强相出现在铸造合金中，并没有通过其他如等离子熔覆方法制备出较薄的耐磨涂层材料用于表面技术。若能把该柱状碳化物用于耐磨零部件表面，可充分发挥其高硬度、 高耐磨性的特点，可避免如颗粒增强相磨损时容易脱落的缺点，具有十分重要的创新价值和工程应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，Fe) 7C3增强Fe基耐磨涂层的制备方法，其抗磨相选择(Cr，Fe) 7C3柱状碳化物，该碳化物具有较高的硬度(显微硬度HVa2=1250 1840)和较高的韧性，通过原位生成的(Cr，Fe)7C3与基体之间结合力大，且为柱体形状，可有效避免摩擦磨损时增强相的脱落。本专利技术的技术构思本专利技术采用等离子熔覆法来制备柱状碳化物增强涂层。由于Cr3C2自由能较高，在Fe基金属熔池中会发生脱碳，向自由能较低稳定性较高的(Cr，Fe)7C3转变，获得(Cr，Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层在理论上是可行的。本专利技术的技术方案为 ，Fe) 7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法，其特征在于是采用等离子熔覆法在表面预处理过的金属基体上制备出(Cr，Fe)7C3柱状碳化物为主体的耐磨涂层，具体步骤为 (I)、对基体进行机械加工，并清洗表面的油脂；若基体为失效零部件再制造时，则需对基体表面进行喷砂或手持砂轮打磨处理，并清洗表面的油脂；将预处理好的的基体放入等离子熔覆工件台，夹紧固定； (2)、熔覆材料选择粒度为30 120 μ m的Cr3C2粉末与粒度为80 200 μ m的Fe基合金粉末； (3)、等离子熔覆 采用同轴送粉工艺同时送Cr3C2粉末及Fe基合金粉末经Y形管进入等离子弧中熔覆，在零部件上制备涂层； 或异轴送粉工艺先送Fe基合金粉末进入等离子弧中熔覆，再通过另外管道把Cr3C2粉末直接送入熔池，在零部件上制备涂层； 氩气等离子熔覆工艺的技术参数为转弧电流为80-120A;电压为40-55V ；Fe基合金粉末送粉速度为10-25g/min ；Cr3C2送粉速度为2_10g/min ;离子氩气流量为3_6L/min ;送粉氩气流量为1. 5-3L/min ;保护氩气流量为4_9L/min ;熔覆枪纵向移动速度为50-80mm/min ;熔覆枪摆动速度为350-750mm/min，摆动幅度为5-15mm ;涂层制备后在空气中自由冷却。在上述制备方法中，所述基体的材料为低碳钢、中碳钢、不锈钢或铸铁中的一种。在上述制备方法中，在步骤(3)中采用同轴送粉工艺时，Cr3C2粉末和Fe基合金粉末经Y形管流动搅拌混合，混合粉末中Cr3C2的体积含量应不大于50%。在上述制备方法中，所述步骤(3)中若Cr3C2粉末烧损严重时采用异轴送粉工艺。 在上述制备方法中，所述步骤(2)中Fe基合金粉末的组份按重量百分比为C为Γ4% ；Cr 为 5. 0 50%，Si 为 2. 0 5· 0%, B 为 I. 0 4· 0% ；Ni 为 10 35%，Fe 为余量。本专利技术的优点是 (I)该方法所制备的(Cr，Fe)7C3增强Fe基涂层中增强相为柱状碳化物，原位生成的柱状碳化物与基体结合力较大，可解决磨损中增强相脱落的问题； (2)生成(Cr，Fe)7C3所需的原料较便宜，制备所用的等离子熔覆设备简单、移动灵活、不受室里室外限制； (3)对基体材料的形状尺寸适应性强，可在规则、非规则平面、大于一定尺寸的内腔零部件表面等制备涂层，且涂层宽度较大。综述，有益效果为本专利技术采用等离子熔覆法来制备柱状碳化物增强涂层，该方法易于实现自动化，并以等离子弧作为高温热源，可将合金粉末与基体材料迅速加热熔化，形成强度高的冶金结合界面。与喷涂法相比，涂层的孔隙率极低。另外，(Cr，Fe)7C3经原位合成，增强相与基体之间的结合力大，避免了外加增强相与基体之间容易脱落的缺点，柱状碳化物(Cr，Fe) 7C3在涂层中分布较均匀。附图说明图I为本专利技术涂层磨损试验结果。(Fe基合金粉末送粉量为25g/min, Cr3C2分别采用三种不同送粉量(5g/min、15g/min、25g/min)制备的涂层与牌号为TlO的碳素工具钢对磨样(洛氏硬度HRC=63±1)在150N压力下滑动3000米后磨损量的对比)。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。本专利技术提出一种采用等离子熔覆工艺在低碳钢、中碳钢、不锈钢或铸铁表面制备(Cr, Fe)7C3碳化物增强Fe基涂层的方法。该碳化物具有较高的硬度和耐磨性，且(Cr，Fe) 7C3为原位反应生成，与基体之间结合力大，柱状(Cr，Fe) 7C3在磨损当中不容易脱落，抗磨损性能较好。采用等离子熔覆工艺，设备投资小，操作简单，自动化程度高，可在各种形状复杂的零部件表面制备耐磨涂层，不仅可用于提高新零部件的耐磨性，也可用于废旧零部件的再制造。具体实施例对基体进行机械加工(做成符合工业使用标准的工具或模具)，并清洗表面的油脂；若为基体为失效零部件再制造时，则需对基体表面进行喷砂或手持砂轮打磨处理，并清洗表面的油脂；将预处理好的的基体放入等离子熔覆工件台，夹紧固定。然后通过以下三个实施例，来完成基体表面涂层。实施例I : 将Fe基合金粉末(组分按重量百分比为C为O. 5%，Cr为5. 0%，Si为3. 1%，B为2. 6%，Ni为22%，Fe为余量；Fe基合金粉末的粒度为85 120 μ m)和Cr3C2粉末(粒度为35 65 μ m)分别装入单独的送粉器中，Fe基合金粉末及Cr3C2粉末的送粉速度均为25g/min，在低碳钢Q235表面进行等离子熔覆，熔覆工艺为电流95A ；电压42V ;移动速度70mm/min ;摆动速度400mm/min ;摆动幅度10mm ;喷嘴距工件高度10mm，熔覆完毕后，工件在空气中自由冷却至室温。 所得(Cr，Fe) 7C3增强Fe基耐磨涂层在M-2000磨损试验机上与牌号为TlO的碳素工具钢对磨样(洛氏硬度HRC=63±1)进行对磨试验(压力为150N，滑动3000米)，与基体材料Q235相比，耐磨涂层磨损量仅为其7.3%。如图I所示的第一组，清楚表达了本实施例的涂层与TlO钢的磨损量对比，TlO钢的磨损量为O. 02347g，本实施例的涂层磨损量为O. 0077go实施例2: 将Fe基合金粉末(C为I. 5%, Cr为15%, Si为4. 2%，B为3. 0%, Ni为15%, Fe为余量，Fe基合金粉末粒度为8(Γ110 μ m)和Cr3C2粉末(粒度为35飞5 μ m)分别装入单独的送粉器中，Fe本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种？(Cr,？Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法，其特征在于：是采用等离子熔覆法在表面预处理过的金属基体上制备出？(Cr,？Fe)7C3柱状碳化物为主体的耐磨涂层，具体步骤为：？（1）、对基体进行机械加工，并清洗表面的油脂；若基体为失效零部件再制造时，则需对基体表面进行喷砂或手持砂轮打磨处理，并清洗表面的油脂；将预处理好的的基体放入等离子熔覆工件台，夹紧固定；（2）、熔覆材料选择粒度为30~120μm的Cr3C2粉末与粒度为80~200μm的Fe基合金粉末；？（3）、等离子熔覆：采用同轴送粉工艺：同时送Cr3C2粉末及Fe基合金粉末经Y形管进入等离子弧中熔覆，在零部件上制备涂层；或异轴送粉工艺：先送Fe基合金粉末进入等离子弧中熔覆，再通过另外管道把Cr3C2粉末直接送入熔池，在零部件上制备涂层；氩气等离子熔覆工艺的技术参数为：转弧电流为：80？120A；电压为：40？55V；Fe基合金粉末送粉速度为：10？25g/min；Cr3C2送粉速度为：2？10g/min；离子氩气流量为：3？6L/min；送粉氩气流量为：1.5？3L/min；保护氩气流量为：4？9L/min；熔覆枪纵向移动速度为：50？80mm/min；熔覆枪摆动速度为：350？750mm/min，摆动幅度为：5？15mm；涂层制备后在空气中自由冷却。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁有录，曾大新，赵红利，李怀军，刘建永，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：