[发明专利]表面强化高温耐磨缸套及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面强化高温耐磨缸套，以高温TiNb合金为基体，以层状多尺度(TiNb)C为表面耐磨层，表面耐磨层内(TiNb)C相的体积分数大于97％，其余为Fe、Si和SiC相，表面耐磨层包括外层、中间层和内层，外层为准纳米级的(TiNb)C颗粒，中间层为微米级的(TiNb)C颗粒，内层为亚微米级的(TiNb)C颗粒。本发明还公开了表面强化高温耐磨缸套的制备方法，包括称料，混料，在TiNb缸套工件外壁涂覆防渗碳涂料，将混合粉末铺在模具底部，放入缸套工件，在缸套工件内外填充混合粉末，然后进行高温渗碳处理，获得坯体，清除坯体外表面防渗碳层，对内表面抛光处理，即制得表面强化高温耐磨缸套。

技术领域

本发明属于耐磨缸套技术领域，涉及表面强化高温耐磨缸套及其制备方法。

背景技术

缸套内壁与高温高压燃气或者液体直接作用，并始终与活塞环及活塞裙部发生高速滑动摩擦，要求套筒具有耐高温、耐磨、低摩擦系数等综合性能。常规套筒材质以碳素钢或合金钢为主，通过热处理的方式提高套筒内壁的力学及抗磨损性能。但钢质缸套本身的耐高温和耐磨损性能有限，在进一步的苛刻工况下已不能满足实际应用要求，提高了缸套更换频率，这样不仅降低了机器运行时间，同时增加了维修成本，造成经济效益大幅降低。

专利号为CN106736312B的发明专利公开了一种高强度超耐磨缸套的制造方法，通过软氮化处理使缸套内外表面渗层深度≥0.2mm，表面硬度HV 580-630，但高温性能不足。

通过现有的技术资料来看，改善高温耐磨缸套的使役寿命和提高其综合性能，获得优异的高温性能和耐磨性能依然是主要关注热点。同时，金属碳化物作为表面耐磨层时，高脆性和界面结合强度不足也是限制其应用的主要问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种表面强化高温耐磨缸套，解决了现有缸套在苛刻工况下耐磨性不足和高温性能低的问题。

本发明的另一个目的是提供一种表面强化高温耐磨缸套的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，表面强化高温耐磨缸套，以高温TiNb合金为基体，以层状多尺度(TiNb)C为表面耐磨层，表面耐磨层内(TiNb)C相的体积分数大于97％，其余为Fe、Si和SiC相。

表面耐磨层包括外层、中间层和内层，外层由准纳米级的(TiNb)C颗粒组成，中间层由微米级的(TiNb)C颗粒组成，内层由亚微米级的(TiNb)C颗粒组成。

本发明所采用的第二技术方案是，表面强化高温耐磨缸套的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照质量百分比分别称取以下组分：果壳木炭80～85％，石墨粉1～5％，高纯Na₂CO₃2～5％，高纯BaCO₃10～15％，以上各组分的质量百分比之和为100％；

步骤2，将步骤1称取的各组分装入混料机中，混料15min～25min，得到混合粉末；

步骤3，将TiNb合金原料按照缸套工件既定尺寸进行机械加工，并且对表面进行精加工和抛光处理，以达到实际工况应用要求；

步骤4，在步骤3所得缸套工件外壁均匀涂覆防渗碳涂料，涂层厚度为0.5mm～1.2mm，此处涂层厚度若太小，会影响缸套工件外壁面的防渗碳效果，若太大，容易剥落；

步骤5，将步骤2中所得混合粉末均匀铺设在模具底部，然后将步骤4所得缸套工件放在铺设的混合粉末上，再在缸套工件内外填充步骤2所得混合粉末；

步骤6，将步骤5中填充好的模具装入高温炉内，先将炉温升至300～400℃保温10min～20min进行预脱气、脱水，然后升温至950℃～1150℃保温1h～24h进行表面渗碳处理，再降温至500℃，随后随炉冷却至室温，获得表面强化高温耐磨缸套坯体；