[发明专利]高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种渗透钎焊法制备的高含量碳化钨梯度耐磨涂层的方法，属于材料加工工程中的涂层制备领域。

背景技术

     磨擦磨损与腐蚀是各种机械设备中金属工件失效的主要形式，由此导致的能源和材料消耗增加等所造成的经济损失是巨大的，故对金属磨损和耐磨耐蚀材料的研究一直受到国内外的广泛重视。

进入21世纪以后，随着我国经济的高速增长，很多行业机械装备的部件都有了更高的防磨、抗蚀或耐高温的要求。如石油钻井钻杆、塑料加工成型挤压零件、食品加工成型挤压零件、以及电站的耐热金属部件如燃烧器、燃气风机、热交换器、煤灰输送设备、燃烧器管道、粉磨机等零件的高温腐蚀和磨损问题都已成为这些设备安全运行亟待解决的问题。

从某种意义上讲，机械装备可靠性的高低取决于其关键部件的抗腐蚀和抗磨损程度，防腐、抗磨问题解决得如何，对机械装备的安全性、可靠性及经济效益都具有举足轻重的作用。因此，探索一种具有较好的耐磨蚀、耐高温腐蚀的涂层是保证机械装备正常运行的当务之急，也是符合21世纪绿色制造概念的前沿课题。

 

经查阅文献，为了减缓机械装备和电站设备中重磨蚀耐热部件的高温腐蚀和冲蚀，国内外研究者采取了一系列措施对其进行防护，传统的表面涂层如预熔敷层、耐磨涂料、喷焊、堆焊、热喷涂涂层等在耐磨成效、传热和运转要求方面尚有严重不足及弊端，只能提供单一和有限的保护，而且性能寿命有限，不能从根本上解决机械装备和电站设备中重磨蚀耐热部件的高温腐蚀及磨损。比如堆焊WC、CrC时局部的高温会导致基体受热不均匀,温度场梯度大,容易引起较大焊接残余应力及变形, 焊接保护层会局部开裂甚至形成贯穿裂纹，导致保护涂层脱落。而且堆焊层表面粗糙,机加工量大;喷焊镍基合金主要提高了耐腐蚀性而耐磨蚀性一般。喷焊钴基合金耐腐蚀性有限。热喷涂的涂层厚度受到一定限制(0.2-0.6mm)且喷涂高镍铬层和喷焊时涂层与基体均为机械结合，涂层致密度也有限。涂层与基体的结合强度不高(30-50MPa)易造成脱落，寿命很短，少则甚至只有3个月。

经查阅文献和查阅网站http://www.conformaclad.com/，美国利用该渗透钎焊的碳化物包覆涂层技术取代热喷涂技术在石油钻机轴及钻杆表面上制备耐磨涂层，在内燃机零件—汽门摇臂上开发了WC-Fe系涂层技术，但他们的技术也只是单层碳化钨涂层技术，没有提到梯度涂层的概念。

北京有色金属研究总院林晨光,楚建新,叶军等在中国有色金属学报（1996,6(1):93～97）撰文《“金属布”硬质复合涂层的微观组织及性能》，经过几年的研究，用单层贴 “布”的方法己经在钢件平面制备WC-Ni系耐磨涂层，并在模具、密封件、钻具上进行应用试验[9],并取得了很大的进展。但是该技术只是单层贴 “布”，对曲面零件容易在曲面特别是在有内或外圆钢件表面烧结硬质耐磨层时经常发生涂层脱落、开裂等现象。在实际应用中，曲面耐磨钢件比平面多，上述问题不解决，将极大的限制本技术的应用。

中国科学院金属研究所的陆善平,董秀中,吴庆,郭义,陈亮山等人（1、陆善平,董秀中,吴庆.NiCrBSi-WC耐磨钎焊涂层的制备[J].金属学报.1999,Vol.35(1):83-85；2、陆善平,郭义,陈亮山.WC-17Co含量对(WC-17Co/NiCrBSi)复合钎焊涂层结合性能及耐磨性的影响[J].材料导报,2001,Vol15(1):65-68）用真空钎焊方法，在45钢基体表面钎焊一层WC-17Co/NiCrBSi衬磨涂层(厚1.5mm)。研究了WC-17Co含量对涂层性能的影响。涂层自身结合强度随WC-17Co含量的增加而增大，当涂层中WC-17Co含量为69wt%时，涂层结合强度达184MPa。涂层的抗磨料磨损性能高于火焰堆焊WC-17Co/NiCrBSi涂层和CoCrW堆焊涂层。

北京有色金属研究总院的唐群在《稀有金属》撰文《“双层金属布”硬质涂层耐磨性能的研究》（2001，Vol.25(6):468-470），将粘结相、硬质相分别加入成型剂轧制成“布”,先将粘结层贴在钢基体表面,再将硬质层贴在粘结层表面,厚度总和为1.5 mm。然后,将表面粘贴有金属布涂层的钢基体试样进行烧结，研究了涂层的耐磨性。该技术与本发明的区别是：1、该技术所采用的工艺是粉末烧结工艺，其实质类似于硬质合金制备所采用的粘结相烧结熔化连接原理，而非真空渗透钎焊技术；2、该技术所采用的双层技术，其实质仍然是单层耐磨层，中间层是粘结层。

    发明人在博士后工作期间，2009年曾申请两项专利（江西恒大为所有权人）：