基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料及涂层的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高接触疲劳强度涂层材料及涂层，特别是一种基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料及涂层。
【背景技术】
[0002]304不锈钢是不锈钢中常见的一种材质，密度为7.93g/cm3，业内也叫做18/8不锈钢，耐800度高温，具有加工性能好，韧性高的特点，广泛使用于工业行业。但在一些应用中，如大型齿轮、钢轨等重要零部件因长期承受滚动交变应力，对表面接触疲劳强度要求较高，失效件的修复亦缺乏有效途径，因此需要在其表面增加一层涂层，提高其接触疲劳强度。
[0003]传统的涂层材料大致可分为Co基、Ni基、Fe基粉末及其与硬质颗粒、稀土元素相符合的粉末，利用这些粉末制备的涂层可提高基材表面硬度、耐蚀性、滑动摩擦特性或高温力学性能，国内外专家、学者在这些领域也取得了较好的成果。但是，提高基材表面接触疲劳特性的涂层材料却少见报道，且传统的涂层通常是采用真空冶炼法制备，该方法使得制备工艺复杂，成本高昂、产能不足。因此，如何设计出一种涂层材料及涂层的制备方法，使这种材料制备的涂层具有高接触疲劳强度，制备方法更加简单，成本更低，且可进行批量生产就显得尤为重要了。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料及涂层。本发明具有较高的接触疲劳强度，且制备工艺简单，造价低廉，可批量化生产。
[0005]本发明的技术方案:一种基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，按重量百分比计，由 Ni 粉:3-15%, Cr 粉:5-15%, Si 粉:4_18%、Mn 粉:20-40%, La2O3粉:
0.1_2%、C粉:0_3%和余量的还原铁粉组成。
[0006]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，按重量百分比计，由Ni粉:5-10%,Cr ?:7-14%,Si 粉:6_15%、Μη 粉:27-35%、La2O3粉:0.4_1.2%、C 粉:0~2%和余量的还原铁粉组成。
[0007]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，按重量百分比计，由Ni粉:8%、Cr?:10%、Si 粉:9%、Mn 粉:32%、La203粉:0.8%、C 粉:I %和余量的还原铁粉组成。
[0008]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，所述Ni粉、Cr粉、Si粉、Mn粉、La2O3粉、C粉和还原铁粉均为分析纯或优级纯。
[0009]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，所述涂层材料通过如下方法制备:
[0010]①取上述材料；
[0011]②将球磨介质与上述材料加入球磨罐，进行球磨，球磨时间4-6h，球磨转速为120-180r/min，得 A 品；
[0012]③将A品在100-150°C下进行真空干燥处理0.8-1.5h，得涂层材料。
[0013]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，所述球磨介质为304不锈钢球磨介质或玛瑙球磨介质，所述的球磨罐为304不锈钢球磨罐或玛瑙球磨罐，磨球介质和材料的球料比为10:1。
[0014]前述的基于304不锈钢基材的高接触疲劳强度涂层材料，所述真空干燥处理的干燥温度为120 °C，处理时间为Ih。
[0015]使用前述涂层材料制备的涂层，通过如下方法制备:取所述涂层材料；将304不锈钢基材表面打磨平整；利用专用粉末预置工具将涂层材料平铺于304不锈钢基材表面；然后利用激光热处理设备对其进行激光熔覆，得涂层。
[0016]前述涂层材料制备的涂层，所述专用粉末预置工具为带有Imm宽的凹槽的刮条，平铺厚度为0.9-1.1mm。
[0017]前述涂层材料制备的涂层，所述激光热处理设备为HANS-TEL-10000型CO2激光热处理成套设备，熔覆激光的光斑直径为3-3.5mm，激光输出功率为2.5-3.5kW，扫描速度为200-800mm/min,多道搭接率为 40 % -60 %。
[0018]本发明的有益效果:本发明将Ni粉、Cr粉、Si粉、Mn粉、La2O3粉、C粉以及还原铁粉按一定比例混合后进行球磨，球磨后真空干燥处理，得到涂层材料，然后将涂层材料涂覆在304不锈钢基材表面，利用激光熔覆技术进行熔覆，得涂层，提高了 304不锈钢基材表面的接触疲劳强度，其制备过程在大气环境下即可完成，制备工艺简单，造价低廉，且适合批量化生产。
[0019]为了进一步说明本发明的有益效果，发明人做了如下实验:
[0020]接触疲劳强度验证
[0021]①将自行设计的带有GCr15材质轴承的压头安装于牛头刨床刀具所在位置，利用牛头刨床自身对刀具向下的压力来施加载荷。通过贴于压头支架上的应变片采集工作时的应变值，本发明熔覆涂层及304不锈钢基材的弹性模量E取值210GPa，则根据公式可计算得出机构对被测试样施加的应力值为5.6MPa。
[0022]②对本发明的熔覆涂层表层进行打磨，去除黑色析出物和灰色氧化皮，使表面平整；对304不锈钢基材同样进行打磨，使两种试样的表面状态一致，对本发明的熔覆涂层及304不锈钢基材在5.6Mpa加载条件下进行48h及120h往复滚动摩擦，往复频率为20次/分钟，行程为10mm0
[0023]③如附图1 (a)所示，本发明的熔覆涂层表面仅出现轻微的犁沟状磨痕和剥落；如图1(b)所示，304不锈钢表面出现了严重剥落和明显宏观疲劳裂纹，且裂纹内部出现了大量微小的疲劳裂纹，材料严重失效。
[0024]因此，经本发明方案制备的熔覆涂层因其“应力自适应特性”，即应力诱发γ — ε马氏体相变来适应外界宏观应力的变化而具有较好的接触疲劳性能，大大改善其接触疲劳特性。
【附图说明】
[0025]附图1 (a)是本发明的熔覆涂层经滚动摩擦120h后的表面磨痕形貌；
[0026]附图1 (b)是304不锈钢基材经滚动摩擦120h后的表面磨痕形貌。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
[0028]实施例1
[0029]涂层材料配方:Ni粉:8% ；Cr 粉:10% ；Si 粉:9% ；Mn 粉:32% !La2O3粉:0.8% ；C粉:1% ;余量为还原铁粉。
[0030]涂层材