[发明专利]钢表面摩擦涂覆合金涂层

说明书

技术领域

本发明属于表面获得合金涂层的新方法及一种使钢表面获得合金涂层的新方法。

背景技术

金属材料通过表面处理可以改善材料的性能如强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等等。大多数机器零部件均进行表面处理。钢的表面处理方法有渗碳、渗氮、表面淬火、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、高能束表面处理等等。这些方法中，历史最悠久成本低廉的方法为渗碳、渗氮、表面淬火。

物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、高能束表面处理等方法加工成本高、设备昂贵。而渗碳、渗氮方法需要在高温下进行数小时。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢表面摩擦涂覆合金涂层的方法，使其操作更为简便，耗时短、成本低廉，且涂层与金属基体结合性能好，更利于实现提高机械部件的表面机械、物理使用性能的技术要求。

本发明方法的原理为通过在一定压力下，涂层材料和被涂材料之间的摩擦，产生热量和随之的热量的传递，使涂层合金(其熔点低于被涂材料的熔点)的摩擦表面发生熔化，与此同时发生局部的塑性变形和化学成份扩散，当经过一定时间摩擦后，将摩擦副脱离，涂层合金便涂覆在被涂材料表面上.可根据部件的所要求的性能不同选择涂层合金，如若要求提高耐蚀性能，便选择耐蚀合金.若改善耐磨性，就选择高硬度的涂层合金。

本发明钢表面涂覆合金的方法包括以下过程：

a涂覆合金的设计或选择，该合金的熔点要低于被涂覆金属材料的熔点，并具有所要求的机械、物理特性；

b涂覆合金材料的制备，即将涂覆合金材料加工或具有与被涂覆金属部件表面相对应的接触表面及利于机械夹持的型材；

c将涂覆合金型材与被涂覆金属部件在10MPa-20MPa的接触压力下进行快速相对摩擦，使涂覆合金接触摩擦表面达到熔点，摩擦时间为15秒-30秒。

经上述摩擦后，将涂覆合金型材脱离被涂覆金属部件，即使被涂覆金属部件表面获得涂覆合金涂层。

合金成份的选择：合金的成份设计的关键，主要考虑涂层合金熔点和性能。涂层合金的熔点必须低于基体合金的熔点，只有这样才能确保涂层合金能够涂覆到基体的表面上。性能主要是指其涂层合金的硬度、耐磨性、耐腐蚀性能等等，根据具体的应用选择不同的性能要求的合金。

在一定压力下，经过一定时间的接触摩擦进行表面涂覆。影响涂层的因素为压力和摩擦时间。压力过小不能发生表面熔化，因而不能产生表面涂层。而压力过大，基体发生较大的塑性变形，造成涂层表面粗糙。另外，压力过大将熔化的涂层合金挤出摩擦的表面，涂层的厚度减小。摩擦时间短，摩擦表面温度达不到涂层合金的熔点，得不到表面合金涂层，而时间过长发生氧化使得涂金涂层的化学成份发生较大变化。因此，涂覆工艺压力选择为10MPa-20MPa，摩擦时间在15秒-30秒之间，获得理想的合金涂层。

本发明设计选用FePC合金作为上述方法的涂覆合金用于涂覆碳结钢部件，以实现提高其表面性能。

本发明方法工艺简单、操作简便、耗时短，涂层与基体结合性能好，通过选择不同的涂覆合金材料可实现提高机械部件表面机械，物理性能的技术要求，与传统的表面渗碳工艺相比，具有明显的经济效益。

附图说明

图1是用本发明方法向金属轴件表面摩擦涂覆合金的装置示意图。

图2是本发明方法在压力为10MPa、摩擦时间为10秒条件下获得的表面涂层和基体组织照片。

图3是本发明方法在压力为15MPa、摩擦时间为10秒条件下获得的表面涂层和基体组织照片。

图4是本发明方法在压力为20MPa、摩擦时间为10秒条件下获得的表面涂层和基体组织照片。

图5是本发明方法在压力为15MPa、摩擦时间为15秒条件下获得的表面涂层和基体组织照片。

图6是本发明方法三种不同工艺条件下所获得涂层的硬度曲线图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明方法作进一步具体说明。为提高45号碳结钢轴件的表面性能，设计选取Fe₈₀P₁₃C₇合金作为其表面涂覆合金，该材料通过常规真空熔炼获得，其熔点为1258K。将上述材料机械加工成具有与被涂覆轴件表面相对应配合的内表面的轴瓦状型材。参照图1在常规的压力摩擦焊机上，将被涂轴件(1)装卡在焊机的卡盘上，将涂覆合金型材(2)套置在轴件(1)上，并通过加呀装置施加压力，轴件以约2米/秒的线速度旋转，分别以下述不同接触压力、摩擦时间的工艺条件下，轴件表面所获得的合金涂层的组织、硬度测试结果如下：