本发明专利技术公开了一种沉淀硬化不锈钢表面的“类三明治结构”强化涂层，所述强化涂层包括表面高硬层、功能性软化层和基底硬化层，具有“硬－软－硬”的“类三明治”夹心结构特征，所述表面高硬层厚度在10~80μm，所述功能性软化层厚度在1μm~100μm，所述基底硬化层厚度在10μm~6mm；所述的基底硬化层与沉淀硬化不锈钢基体结合。本发明专利技术的“类三明治结构”强化涂层在提高沉淀硬化不锈钢表面硬度的同时能够兼顾较厚的强化层厚度，从而有利于长期稳定工作。
【技术实现步骤摘要】
一种沉淀硬化不锈钢表面的类三明治结构强化涂层(-)
本专利技术属于沉淀硬化不锈钢表面的强化处理技术，具体涉及一种沉淀硬化不锈钢表面的具有类似“三明治”结构的激光复合强化涂层。
技术介绍
沉淀硬化不锈钢目前多用于制作轴类、叶片以及各类泵阀等过流部件。以17-4PH 为代表的沉淀硬化不锈钢制造的零部件目前公认的有效强化手段为整体固溶+时效处理， 使用中一般是通过固溶处理后产生马氏体相变，再经过时效处理，在马氏体基体上沉淀析出细小、弥散分布的ε -Cu和M23C6等强化相来提高其性能，其优点是能够获得大厚度的强化表面。但整体固溶由于对工件的整体加热保温，势必造成工件的整体或局部变形，影响零部件的尺寸精度。因此人们尝试开展了大量的表面直接强化/硬化研究，包括渗碳、渗氮、 渗金属、表面喷涂或堆焊硬质涂层等技术。这类表面直接制备一层强化层的方法通常对表面耐磨强化有非常好的效果，但一般存在强化层厚度薄，或与基体结合力较差以及在冲击性载荷作用下易脱落等问题，从而极大地影响相关设备运转的稳定性及安全性。如何能避免上述问题呢？传统的表面高硬度强化层通常较薄，尽管短期强化效果较好，但下方通常为基体，没有冲击应力缓冲区，因此在高强度冲击性载荷作用下极易发生强化层破坏、脱落，进而导致基体裸露至侵蚀表面，从而加速破坏，而且较薄的表面强化层也不利于获得设备长期运转的稳定性及安全性。因此目前工业上急需一种既能够发挥表面高硬度强化层高强度特性，又能够兼顾长期稳定工作的沉淀硬化钢表面强化技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种沉淀硬化不锈钢表面的“类三明治结构”复合涂层，在提高沉淀硬化不锈钢表面硬度的同时能够兼顾较厚的强化层厚度，从而有利于长期稳定工作。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案一种沉淀硬化不锈钢表面的“类三明治结构”强化涂层，所述强化涂层包括表面高硬层、功能性软化层和基底硬化层，具有“硬一软一硬”的“类三明治”夹心结构特征，所述表面高硬层厚度在1(Γ80μπ ，所述功能性软化层厚度在ΙμπΓ ΟΟμπ ，所述基底硬化层厚度在10 μ nT6mm ;所述的基底硬化层与沉淀硬化不锈钢基体结合；所述沉淀硬化不锈钢表面的强化涂层的制备方法包括如下步骤( I)对沉淀硬化不锈钢表面待处理区域进行表面清洁处理；(2)在步骤(I)处理后的沉淀硬化不锈钢表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物，根据表面几何构形进行激光辐照，在激光作用过程中采用保护性气氛对激光作用区进行保护，随后对激光作用区进行热处理，热处理温度为30(T69(rc，保温时间为15mirT6小时，然后在空气中冷却，从而在沉淀硬化不锈钢表面获得强化涂层；所述特殊增强材料粉末是下列三类物质混和得 到的混和粉末①单质或合金、②金属氧化物、③碳化物和/或硼化物和/或氮化物，所述的单质选自下列一种或者任意几种的组合T1、W、Co、 Cr、N1、Mo、Fe、S1、B,所述的合金选自下列任意两种以上金属形成的合金T1、W、Co、Cr、N1、 Mo、Fe，所述的金属氧化物为对红外激光及可见光波段激光具有良好吸收效果的金属氧化物，所述的碳化物或硼化物或氮化物为在50(T4000°C能够参加熔池反应并提供B和/或C 和/或N元素的化合物，或者所述的碳化物或硼化物或氮化物分别为可作为增强相的金属碳化物或金属硼化物或金属氮化物；以特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物质量为100% 计，其中单质或合金的质量百分比在2 95%之间，金属氧化物的质量百分比在O.广80%之间，碳化物和/或硼化物和/或氮化物的质量百分比在O. f 80%之间，并且粘结剂的质量百分比兰80%ο本专利技术中，具有“硬一软一硬”的“类三明治”夹心结构特征的复合涂层是在激光处理过程中一次性扫描获得，其中表面高硬层是通过激光在基体表面直接作用而获得，激光在基体表面作用过程中作用区域表面可以发生熔化或微熔，增强材料进入形成高硬层， 厚度根据处理工艺参数的不同介于1(Γ80μπι之间；功能性软化层位于表面高硬层和基底硬化层之间，是通过激光作用过程中表面下方形成过热高温区而在激光表面处理过程中同步获得，其厚度根据处理工艺参数的不同介于I μ πΓιοο μ m之间，且其与表面高硬层和与基底硬化层之间的硬度过渡可以是梯度过渡或非梯度的阶跃式过渡；基底硬化层位于功能性软化层与沉淀硬化不锈钢基体之间，其是利用了沉淀硬化钢在80(Tl20(rC温区具有固溶强化的特性形成，其厚度根据处理工艺参数的不同介于10μπΓ6πιπι之间，且其与功能性软化层和与沉淀硬化不锈钢基体之间的硬度过渡可以是梯度过渡或非梯度的阶跃式过渡。 下面对技术方案做具体说明。本专利技术步骤(I)中，所述的表面清洁处理即为常规的除油、除锈等清洁处理。本专利技术步骤(2)中预置的材料为特殊增强材料粉末和粘结剂，所述特殊增强材料粉末中，单质或合金主要起强化作用。金属氧化物为对红外激光及可见光波段激光具有良好吸收效果的金属氧化物，主要起吸光作用，可选自下列一种或任意几种的组合αι2ο3、 TiO2, ZrO2, MgO2、稀土氧化物，所述的稀土氧化物可以是Y203、Ce2O3、市售的混和稀土氧化物等，优选所述金属氧化物为Al2O3和TiO2的混合物，更优选Al2O3和TiO2的混合物中两者质量比例为1:0. 5 3。碳化物和/或硼化物和/或氮化物也起强化作用，其中碳化物可以是 WC、TiC, Cr3C2等；硼化物可以是BN、TiB, TiB2等；氮化物可以是TiN等。本专利技术预置的材料中加入粘结剂可以提高特殊增强材料粉末的附着能力，粘结剂可选自下列一种或任意几种的组合胶水、纤维素或环氧树脂等。本专利技术步骤(2)预置的特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物，以特殊增强材料粉末和粘结剂的总质量为100%计，优选其中单质或合金的质量百分比为5 30%，金属氧化物的质量百分比为20飞0%，碳化物或硼化物或氮化物的质量百分比为1(Γ50%，粘结剂的质量百分比为1(Γ50%。更优选单质或合金的质量百分比为5 21%，金属氧化物的质量百分比为2(Γ40%，碳化物或硼化物或氮化物的质量百分比为15 45%，粘结剂的质量百分比为 16 30 %。本专利技术在表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂后，根据表面几何构形选择一定经整形后的光束进行激光处理，所述的经整形后的光束为矩形光斑、圆形光斑或环形光斑光束。采用矩形光斑时，焦点处光斑尺寸(长X宽)在5mmX0. 2mnT60mmX20mm之`间；米用圆形光斑时，焦点处光斑直径在O. 5mnT60mm之间；米用环形光斑时,焦点处光斑内直径不小于O. 5mm,外直径不大于60mm。所述的激光处理的工艺参数推荐如下采用激光连续辐照时，激光功率彡300W，激光功率密度彡104W/cm2，扫描速度彡O. Olm/min，多道扫描时搭接量5 90% ;进一步，优选激光功率50(T2000W，激光功率密度 104 106胃/0112，扫描速度O. 05 O. 8m/min，多道扫描时搭接量5 20% ；采用激光脉冲辐照时，脉冲能量> 5J，脉冲频率> 1Hz，脉宽O. 2ms 200ms，多道扫描时搭接量5 90%;进一步，优选脉冲能量5 10J，脉冲频率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种沉淀硬化不锈钢表面的“类三明治结构”强化涂层，其特征在于：所述强化涂层包括表面高硬层、功能性软化层和基底硬化层，具有“硬－软－硬”的“类三明治”夹心结构特征，所述表面高硬层厚度在10~80μm，所述功能性软化层厚度在1μm~100μm，所述基底硬化层厚度在10μm~6mm；所述的基底硬化层与沉淀硬化不锈钢基体结合；所述沉淀硬化不锈钢表面的强化涂层的制备方法包括如下步骤：（1）对沉淀硬化不锈钢表面待处理区域进行表面清洁处理；（2）在步骤（1）处理后的沉淀硬化不锈钢表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物，根据表面几何构形进行激光辐照，在激光作用过程中采用保护性气氛对激光作用区进行保护，随后对激光作用区进行热处理，热处理温度为300~690℃，保温时间为15min~6小时，然后在空气中冷却，从而在沉淀硬化不锈钢表面获得强化涂层；所述特殊增强材料粉末是下列三类物质混和得到的混和粉末：①单质或合金、②金属氧化物、③碳化物和/或硼化物和/或氮化物，所述的单质选自下列一种或者任意几种的组合：Ti、W、Co、Cr、Ni、Mo、Fe、Si、B，所述的合金选自下列任意两种以上金属形成的合金：Ti、W、Co、Cr、Ni、Mo、Fe，所述的金属氧化物为对红外激光及可见光波段激光具有良好吸收效果的金属氧化物，所述的碳化物或硼化物或氮化物为在500~4000℃能够参加熔池反应并提供B和/或C和/或N元素的化合物，或者所述的碳化物或硼化物或氮化物分别为可作为增强相的金属碳化物或金属硼化物或金属氮化物；以特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物质量为100%计，其中单质或合金的质量百分比在2~95％之间，金属氧化物的质量百分比在0.1~80%之间，碳化物和/或硼化物和/或氮化物的质量百分比在0.1~80%之间，并且粘结剂的质量百分比≦80%。...
【技术特征摘要】
1.一种沉淀硬化不锈钢表面的“类三明治结构”强化涂层，其特征在于所述强化涂层包括表面高硬层、功能性软化层和基底硬化层，具有“硬一软一硬”的“类三明治”夹心结构特征，所述表面高硬层厚度在1(Γ80μπ ，所述功能性软化层厚度在ΙμπΓ ΟΟμπ ，所述基底硬化层厚度在10 μ nT6mm ;所述的基底硬化层与沉淀硬化不锈钢基体结合； 所述沉淀硬化不锈钢表面的强化涂层的制备方法包括如下步骤 (1)对沉淀硬化不锈钢表面待处理区域进行表面清洁处理； (2)在步骤(I)处理后的沉淀硬化不锈钢表面待处理区域预置特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物，根据表面几何构形进行激光辐照，在激光作用过程中采用保护性气氛对激光作用区进行保护，随后对激光作用区进行热处理，热处理温度为30(T69(rC，保温时间为15mirT6小时，然后在空气中冷却，从而在沉淀硬化不锈钢表面获得强化涂层；所述特殊增强材料粉末是下列三类物质混和得到的混和粉末①单质或合金、②金属氧化物、③碳化物和/或硼化物和/或氮化物，所述的单质选自下列一种或者任意几种的组合T1、W、Co、Cr、N1、Mo、Fe、S1、B,所述的合金选自下列任意两种以上金属形成的合金T1、W、Co、Cr、N1、Mo、Fe，所述的金属氧化物为对红外激光及可见光波段激光具有良好吸收效果的金属氧化物，所述的碳化物或硼化物或氮化物为在50(T400(TC能够参加熔池反应并提供B和/或C和/或N元素的化合物，或者所述的碳化物或硼化物或氮化物分别为可作为增强相的金属碳化物或金属硼化物或金属氮化物；以特殊增强材料粉末和粘结剂的混合物质量为100%计，其中单质或合金的质量百分比在疒95%之间，金属氧化物的质量百分比在O.广80%之间，碳化物和/或硼化物和/或氮化物的质量百分比在O. Γ80%之间，并且粘结剂的质量百分比刍 80%ο2.如权利要求1所述的沉淀硬化不锈钢表面的强化涂层，其特征在于以特殊增强材料粉末和粘结剂的总质量为100%计，其中单质或合金的质量百分比为5 30%，金属氧化物的质量百分比为2(Γ60%，碳化物和/或硼化物和/或氮化物的质量百分比为1(Γ50%，粘结剂的质量百分比为10 50%。3.如权利要求2所述的沉淀硬化不锈钢表面的强化涂层，其特征在于以特殊增强材料粉末和粘结剂的总质量为100%计，其中单质或合金的质量百分比为5 21%，金属氧化物的质量百分比为2(Γ40%，碳化物或硼化物或氮化物的质量百分...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维夫，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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