[发明专利]一种(Cr,Fe)7C3柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐磨涂层领域，特别是一种 (Cr, Fe)₇C₃柱状碳化物增强Fe基耐磨涂层的制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种 (Cr, 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HV_0.2=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。

本发明的技术构思：本发明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。

本发明的技术方案为：

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。

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1~4%；Cr为5.0~50%，Si为2.0~5.0%，B为1.0~4.0%；Ni为10~35%，Fe为余量。