[发明专利]一种用于轴套表面的梯度涂层及其制造方法

说明书

本发明公开了一种用于轴套表面的梯度涂层，其由316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末熔覆形成在轴套表面；所述梯度涂层在厚度方向上自所述轴套基体表面向外依次包括：交界层、过渡层和面层。此外，本发明还公开了上述梯度涂层的制造方法，其包括步骤：(1)采用316L不锈钢粉末、Co基粉末、WC粉末、Al₂O₃粉末以及La₂O₃粉末分别制得形成交界层、过渡层和面层各层的混合粉末；(2)采用激光器在轴套表面逐层熔覆混合粉末，以依次形成交界层、过渡层和面层。

技术领域

本发明涉及一种表面处理材料及其制造方法，尤其涉及一种梯度涂层及其制造方法。

背景技术

热镀锌工艺是目前世界上钢铁防腐蚀工艺中性价比最高、经济性最好、应用最广泛的工艺之一。近年来，随着我国汽车交通、建材、电力以及装备制造等行业的快速发展，诸多行业对于钢材的防腐蚀工艺提出了更高的要求，其在一定程度上也极大地推动了热镀锌工艺的升级换代。

在带钢连续热镀锌生产时，钢带通过锌锅辊进出锌液，待其冷却即在钢带表面形成镀锌层。锌锅辊轴套是带钢热镀锌生产过程中的一个重要消耗部件，它们浸没在温度为460±5℃的锌液中，在旋转磨损和锌液腐蚀的共同作用下，轴套极易产生磨损和腐蚀从而失效，严重影响使用寿命。

目前，国内外常用的轴套材质为超合金，其制造成本高且寿命依然较短，难以广泛的应用，因此急需一种金属表面强化工艺，以提高轴套的耐磨性和耐腐蚀性，这对于降低生产成本，提高经济效益，实现绿色制造具有十分重要的意义。

近年来，激光熔覆技术受到了越来越多的关注，激光熔覆技术是一种先进的表面强化技术，其可以显著提高样件的表面性能，激光熔覆技术的原理是采用高能激光束将特定配方的粉末融化覆盖在样件表面，形成组织致密、与基体材料形成冶金结合的涂层。激光熔覆技术具有快热快冷、基体热影响区小以及节省材料等特点，其广泛应用于零件的直接制造和失效零件的再修复过程中。

传统的锌锅辊轴套常用材料为316L不锈钢、Co基合金钢等，采用铸造、车削等机械加工方式加工而成。为了提高轴套的硬度和耐磨耐腐蚀性，通常向材料中添加W、Mo等元素，但随着W、Mo等元素含量的增加机械加工的难度大大增加。而采用激光熔覆技术则可大大降低制造难度和节约制造成本，选用普通316L不锈钢轴套作为基体，在其表面制备激光熔覆梯度涂层，实现在较为便宜的基体表面制备出具有高性能、高价值的涂层，提高经济性。

传统的材料设计倾向于物料混合均匀，以达到材料各部分具有同样的性能，但是在某些特殊情况下，当材料经受突然的温度变化和热循环时，复合材料内部的各组分之间由于物理性能之间的差异较大，会导致高应力在各组分界面上产生，甚至会导致材料内部破裂或产生剥落。因此，已有学者提出梯度功能材料(FGM)这一材料科学中的全新概念，梯度功能材料是指材料按照一定的曲线分布情况呈现的梯度渐变而不是突然之间无序的产生变化。

基于此，为了保护轴套，针对轴套使用过程中出现的磨损量大、耐腐蚀性差、寿命短的问题，本发明采用了全新的设计理念，以期望获得一种全新的激光熔覆梯度涂层，其采用激光熔覆技术，可以在轴套表面制备耐磨损、耐腐蚀的梯度涂层，该梯度涂层由不同特点的粉末材料按照一定的梯度涉及分布在轴套表面制得，获得的梯度涂层能够同时满足耐热、耐磨、耐腐蚀的不同要求，可以起到防护强化的作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种用于轴套表面的梯度涂层，该梯度涂层通过合理的成分设计，不仅可以获得良好的耐磨性能，还能经受高温镀锌液的腐蚀。该梯度涂层可以适用于带钢连续热镀锌生产线中，其可以涂覆在轴套的表面，从而起到防护强化及再制造修复的作用。