一種Cr-Ni-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種Cr-Ni-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，具體步驟如下：（1）工件表面進(jìn)行預(yù)處理；（2）以Cr-Ni-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式；熔覆工藝參數(shù)為：輸出功率為4000W～6000W，輸出電壓為280～380V，放電頻率為2000-2500HZ；（3）熔覆層表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，熔覆層硬度為1950HV以上，熔覆層厚度為230μm以上。本發(fā)明的方法使得Cr-Ni-Mo系不銹鋼表面硬度、耐磨性、耐沖擊性得到提高，從而延長(zhǎng)Cr-Ni-Mo系不銹鋼的使用壽命，提高設(shè)備工作的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬材料表面改性處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]不銹鋼是20世紀(jì)初材料領(lǐng)域最偉大的發(fā)明之一。由于不銹鋼所特有的不銹性、耐蝕性、耐熱性、可回收等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域，被認(rèn)為是很有發(fā)展?jié)摿Φ慕饘俨牧稀?br> [0003]目前，常見(jiàn)的不銹鋼表面處理方法有激光表面淬火、等離子噴涂、超音速?lài)娡亢碗娀鸹ǔ练e等。激光表面淬火和表面堆焊材料成本高；表面熱噴涂預(yù)處理涂層加工困難，涂層與基體結(jié)合差，涂層易疲勞剝落；等離子熔覆工藝不好控制，生產(chǎn)成本高，電火花沉積技術(shù)因制備的沉積層(即涂層厚度)薄(10-30 μ m以?xún)?nèi))，這是受該技術(shù)自身?xiàng)l件制約的，無(wú)法制備厚涂層，即使重復(fù)沉積，沉積層也無(wú)法增厚，因?yàn)殡姌O棒是陽(yáng)極，被加工件是陰極，當(dāng)涂層沉積到工件上以后，工件表面和電極棒都是陽(yáng)極，無(wú)法形成電池回路，故沉積不上，重復(fù)沉積無(wú)效。因此電火花沉積技術(shù)只適用于磨損情況不嚴(yán)重的工件，不適于磨蝕嚴(yán)重的表面。另外電火花沉積是由無(wú)數(shù)個(gè)密集的放電點(diǎn)堆積而成的，是線性加工方法，電極棒與基體點(diǎn)接觸，加工過(guò)程中伴隨著振動(dòng)，因此涂層不連續(xù)、不均勻、不致密。Cr-N1-Mo系不銹鋼工作環(huán)境一般比較惡劣，材料表面在運(yùn)行一段時(shí)間后，會(huì)存在一定的磨損，從而影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，選擇合理的表面處理技術(shù)提高Cr-N1-Mo系不銹鋼表面的強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能是表面技術(shù)工作者亟待解決的問(wèn)題。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，使得Cr-N1-Mo系不銹鋼表面硬度、耐磨性、耐沖擊性得到提高，從而延長(zhǎng)Cr-N1-Mo系不銹鋼的使用壽命，提高設(shè)備工作的穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，具體步驟如下:
(1)工件表面進(jìn)行預(yù)處理；
(2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理，熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為4000W~6000W，輸出電壓為280~380V，放電頻率為2000-2500HZ ；
這種熔覆方式增大了單位面積上熔覆放電的頻次，使熔融狀態(tài)下的液態(tài)金屬不斷堆積，將無(wú)數(shù)離散的點(diǎn)相互熔合形成連續(xù)的熔覆層，使工件完全被熔覆層覆蓋，增大了熱影響區(qū)元素的擴(kuò)散和熔覆層的厚度，制備出組織均勻、致密，連續(xù)性好的耐磨涂層。采用上述大輸出功率處理，可形成較大的液態(tài)熔池，增大了熔覆層的厚度和熱影響區(qū)元素的擴(kuò)散；同時(shí)采用大流量保護(hù)氣體和降低比熔覆時(shí)間，加速熱量的擴(kuò)散和傳導(dǎo)，保證了熔覆層的質(zhì)量；
(3)熔覆層表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，熔覆層硬度為1950HV以上，熔覆層厚度為230 μ m以上。基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。
[0006]作為優(yōu)選，所述的工件表面預(yù)處理方法為去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
[0007]作為優(yōu)選，所述Cr-N1-Mo 系不銹鋼為 0Crl3Ni4Mo、lCrl8Ni9Mo、0Crl3Ni5Mo。
[0008]作為優(yōu)選，所述陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
[0009]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆對(duì)象，在惰性氣體氬氣保護(hù)下，選擇陶瓷硬質(zhì)合金作為電極材料，采用螺旋往復(fù)式熔覆工藝在Cr-N1-Mo系不銹鋼材料表面進(jìn)行涂層制備，涂層與基體形成冶金結(jié)合，制備出組織均勻、致密，連續(xù)性好的耐磨涂層。同其它金屬表面處理技術(shù)相比，本發(fā)明具有操作方便、涂層結(jié)合強(qiáng)度高，不對(duì)金屬表面產(chǎn)生損傷等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]2、本發(fā)明所采用的熱熔覆工藝方法不會(huì)使Cr-N1-Mo系不銹鋼產(chǎn)生熱變形。而且涂層產(chǎn)生的細(xì)小微晶結(jié)構(gòu)，提高了涂層的性能。熔覆后的Cr-Ni系不銹鋼表面強(qiáng)化點(diǎn)密集、均勻，熔覆層可達(dá)230 μ m以上，熔覆層硬度可達(dá)1950HV以上，而基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，由此可見(jiàn)熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。
[0011]3、本發(fā)明所采用的工藝方法不需要特殊、復(fù)雜的處理裝置和設(shè)施，表面強(qiáng)化處理費(fèi)用較低，而且操作方便，表面強(qiáng)化處理參數(shù)易于控制和達(dá)到。
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施例1:
Cr-N1-Mo系不銹鋼因其具有較好的硬度和耐磨性而多被用于金屬易磨損件。本實(shí)施例以0Crl3Ni5Mo不銹鋼作為熔覆處理對(duì)象，陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
[0013]具體工藝過(guò)程如下:
(I)工件預(yù)處理:在進(jìn)行熱溶覆之前，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理:去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
[0014](2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體氬氣保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為4000W，輸出電壓為280V，放電頻率為2000HZ ;采用上述大輸出功率處理，可形成較大的液態(tài)熔池，增大了熔覆層的厚度和熱影響區(qū)元素的擴(kuò)散；同時(shí)采用大流量保護(hù)氣體和降低比熔覆時(shí)間，加速熱量的擴(kuò)散和傳導(dǎo)，保證了熔覆層的質(zhì)量；采用熱熔覆設(shè)備對(duì)金屬的表面進(jìn)行熔覆處理，熔覆層與工件表面形成冶
金結(jié)合層。
[0015](3)采用螺旋往復(fù)式熔覆加工工藝，即電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式。
[0016](4)經(jīng)過(guò)處理后的表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，而且這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，耐磨性大大提高，熔覆層硬度可達(dá)1950HV以上，熔覆層厚度可達(dá)230 μ m以上，而基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。
[0017]實(shí)施例2: 本實(shí)施例以0Crl3Ni5Mo不銹鋼作為熔覆處理對(duì)象，陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
[0018]具體工藝過(guò)程如下:
(I)工件預(yù)處理:在進(jìn)行熱溶覆之前，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理:去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
[0019](2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體氬氣保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為5000W，輸出電壓為320V，放電頻率為2500HZ;采用熱熔覆設(shè)備對(duì)金屬的表面進(jìn)行熔覆處理，熔覆層與工件表面形成冶金結(jié)合層。
[0020](3)采用螺旋往復(fù)式熔覆加工工藝，即電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式。
[0021](4)經(jīng)過(guò)處理后的表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，而且這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，耐磨性大大提高，熔覆層硬度可達(dá)1950HV以上，熔覆層厚度可達(dá)230 μ m以上，而基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。
[0022]實(shí)施例3:
本實(shí)施例以0Crl3Ni4Mo不銹鋼作為熔覆處理對(duì)象，陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
[0023]具體工藝過(guò)程如下:
(I)工件預(yù)處理:在進(jìn)行熱溶覆之前，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理:去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
[0024](2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體氬氣保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為5500W，輸出電壓為350V，放電頻率為2200HZ;采用熱熔覆設(shè)備對(duì)金屬的表面進(jìn)行熔覆處理，熔覆層與工件表面形成冶金結(jié)合層。
[0025](3)采用螺旋往復(fù)式熔覆加工工藝，即電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式。
[0026](4)經(jīng)過(guò)處理后的表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，而且這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，耐磨性大大提高，熔覆層硬度可達(dá)1950HV以上，熔覆層厚度可達(dá)230 μ m以上，而基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。
[0027]實(shí)施例4:
本實(shí)施例以lCrl8Ni9Mo不銹鋼作為熔覆處理對(duì)象，陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
[0028]具體工藝過(guò)程如下:
(I)工件預(yù)處理:在進(jìn)行熱溶覆之前，對(duì)工件表面進(jìn)行預(yù)處理:去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
[0029](2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體氬氣保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為6000W，輸出電壓為380V，放電頻率為2500HZ;采用熱熔覆設(shè)備對(duì)金屬的表面進(jìn)行熔覆處理，熔覆層與工件表面形成冶金結(jié)合層。
[0030](3)采用螺旋往復(fù)式熔覆加工工藝，即電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式。
[0031](4)經(jīng)過(guò)處理后的表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，而且這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，耐磨性大大提高，熔覆層硬度可達(dá)1950HV以上，熔覆層厚度可達(dá)230 μ m以上，而基體材料硬度低于500HV，熔覆層的硬度提高3-5倍，熔覆層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長(zhǎng)使用壽命。[0032]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種Cr-N1-M0系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)工件表面進(jìn)行預(yù)處理； (2)以Cr-N1-Mo系不銹鋼為熔覆基體，陶瓷硬質(zhì)合金作為電極棒，在惰性氣體保護(hù)下，使用熱熔覆設(shè)備進(jìn)行處理熱熔覆搶采用自身旋轉(zhuǎn)方式，轉(zhuǎn)速為3500r/min，電極為機(jī)械夾持方式；電極棒與基體面接觸，電極棒采用螺旋往復(fù)式加工方式；熔覆工藝參數(shù)為:輸出功率為4000W~6000W，輸出電壓為280~380V，放電頻率為2000-2500HZ ； (3)熔覆層表面組織為微米晶結(jié)構(gòu)，這些微米晶粒彌散分布在硬面涂層中，熔覆層硬度為1950HV以上，熔覆層厚度為230 μπι以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，所述的工件表面預(yù)處理方法為去氧化皮處理，使工件表面光亮無(wú)雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，其特征在于:所述Cr-N1-Mo系不銹鋼為0Crl3Ni4Mo、lCrl8Ni9Mo、0Crl3Ni5Mo。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Cr-N1-Mo系不銹鋼表面功能梯度陶瓷耐磨涂層的制備方法，其特征在于:所述陶瓷硬質(zhì)合金選用WC。
【文檔編號(hào)】C23C26/02GK103540933SQ201310457019
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張瑞珠, 李靜瑞, 嚴(yán)大考, 唐明奇, 苗云, 盧偉 申請(qǐng)人:華北水利水電大學(xué)