[发明专利]一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体

说明书

本发明提供了一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体，在阀体表面引入Si掺杂W₂N层或Si掺杂的Mo₂N层，以及WC和新型的高熵合金AlMoCrFeNi的多层复合涂层，结合了高温陶瓷与高熵合金的优点，通过Si掺杂和WC的颗粒强化分别增强了W₂N层或Mo₂N层、高熵合金AlMoCrFeNi的硬度和韧性，具有高硬度和高耐磨性。本发明所制备的涂层结构致密、均匀且具有高的硬度、高强度、高韧性、高耐磨性以及好的耐腐蚀性能，适用于阀体表面。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，具体属于表面强化处理技术领域，为一种应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层、制备方法及阀体。

背景技术

阀体作为阀门的主要零件，其耐压、耐磨及耐腐蚀等性能对阀门的质量起到至关重要的作用。现行的阀体使用的材料种类繁多，其中高品质的工具钢、不锈钢及铝合金得因其耐磨和耐腐蚀而到了广泛的应用，不锈钢材质的阀体是当前市售阀门的主流产品。普通阀门在强腐蚀、有毒有害的工艺条件下，往往密封性能差，易泄漏，壳体易穿孔，使用寿命短，不能满足长期有效输送有毒介质的特殊要求。因此，探索和发展高耐磨耐腐的阀体材料与工艺是获得高质量或特种需求的阀门重要保障。

近年来，高硬度、高耐磨的涂层材料被广泛应用于基体材料的镀膜，从而进一步增强基体的性能，如二维材料、陶瓷及高熵合金等通过热喷涂、离子喷涂和激光熔覆等技术在基材表面形成复合涂层。Hong等人报道了一种层状2D结构的MoSi₂N₄薄膜的制备方法(Science369,670–674(2020))，其力学性能与稳定性要优于传统的二维陶瓷材料，为设计超高硬度、高耐磨复合涂层提供了全新思路。此外，高熵合金因其高强度、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性而被广泛应用于金属涂层与薄膜，其制备方法与喷涂技术得到了长足的发展，中国发明专利申请CN111593248A、CN111549344A、CN111364040A及CN111593339A提供了高熵合金合成方法及多层涂层制备工艺，为设计和发展二维陶瓷材料与高熵合金的复合涂层提供的理论依据和技术保障，这些对阀体材料性能的提升具有极大的潜力。

发明内容

基于现有技术，本发明提供一种成本低廉、工艺简单及产率高的应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其制备方法以及具有该复合涂层的阀体。在阀体表面引入Si掺杂W₂N层或Si掺杂的Mo₂N层、WC和高熵合金AlMoCrFeNi的多层复合涂层，以提高其表面的硬度和耐磨性能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

应用于阀体表面的高硬度、高耐磨复合涂层，其特征在于，包括黏附于阀体表面、且交替层叠的Si掺杂的W₂N层或Si掺杂的Mo₂N层、WC-AlMoCrFeNi复合层，所述WC-AlMoCrFeNi复合层为分散有WC颗粒的AlMoCrFeNi层，其中WC颗粒的质量百分含量为5-10％，其粒径为100-200目，余量为AlMoCrFeNi。

进一步地，所述高熵合金AlMoCrFeNi中各元素的含量以原子百分含量计为：Al:18-22％，Cr:18-22％，Mo:18-22％，Fe:18-22％，Ni:18-22％，其粒径为50-100目。

进一步地，包括如下步骤：

(1)将阀体基材进行磨光、除油、酸洗、喷砂处理；

(2)采用激光熔覆技术将W、Si粉末或Mo与Si的混合粉末在经步骤(1)处理后的阀体基材表面熔覆，熔覆后置于马弗炉中在700-850℃、惰性气体保护下保温15-30min，自然冷却至室温；再转入管式炉中于1000-1200℃、N₂与NH₃混合气体气氛下保温1-3h，得到Si掺杂的W₂N层或Si掺杂的Mo₂N层；