一种新型耐磨涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料技术及金属表面处理领域，具体地说，涉及一种在新型耐磨涂层 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界及我国工业的高速发展，很多的工程结构和机械零件的表面需要具有较 好的耐磨、耐冲蚀、耐腐蚀等性能要求，尤其是大型运输车辆、农业机械等具有较大表面积 的零件需要接触各种粉末矿物、砂粒、煤碳以及富含砂质的泥土等材料，其表面的磨粒磨损 和冲蚀磨损很严重。
[0003] 目前，提高部件的耐磨性主要有以下三种途径：第一，对部件从结构上进行合理设 计：适当改变零件的几何形状、配合方式、加厚工作部位尺寸以及其它一些改善表面受力状 况的措施；第二，研宄开发新型整体抗磨材料：耐磨合金钢、耐磨合金铸铁、硬质合金以及 复合材料等耐磨材料；第三，应用表面工程技术对磨损部件表面进行强化处理。然而，对部 件结构的改进设计来降低磨耗、提高部件寿命是有限的；使用新型整体抗磨材料会大幅度 提高零件的重量与制造成本；表面强化工艺是一种较为有效的方法，可使用热喷涂、表面化 学镀、电镀电铸、激光熔覆等方法对较大的表面进行各种硬质材料的涂覆。但热喷涂的高温 会导致材料的残余应力较大，化学镀和电镀电铸的涂层结合力不足，激光熔覆的成本也较 高。此外，通常强化层较薄，在磨损体积发生较小的工况下可以起到提高材料表面耐磨性的 作用，但在以磨料磨损为主的工况下容易很快被磨损掉，从而失去对机械部件本身的保护 作用。因此，以磨料磨损为主的工况条件下需要部件表面强化层具有一定的厚度，而且在要 求涂层具备优良的耐磨性能前提下，兼顾强韧性，且保证涂层与被强化部件的结合强度。
[0004] 金刚石因其具有超高的硬度、高的化学稳定性和较低的摩擦系数，特别适合用作 耐磨涂层材料。目前与金刚石相关的涂层多为CVD (化学气相沉积）和DLC (类金刚石）涂 层，这些涂层由于设备空间的局限性，一般适合较小尺寸零件的涂层，如刀具、拉丝模等。此 外，CVD与DLC涂层还存在涂层与基体间的结合力低、涂层制备成本高及不耐冲击等缺点。 近年来，人造金刚石磨料合成技术的发展使得金刚石（颗粒、微细粉末、纳米粉末）具有天 然金刚石各方面的力学性能，并具有较低的制造成本，已广泛应用于硬脆材料的磨削、抛光 等工具的制造。金刚石磨料在耐磨涂层方面的应用主要集中在电镀或化学镀含金刚石的涂 层，由于电镀和化学镀涂层的结合强度低，而且也存在环保的问题。
[0005] 自蔓延高温合成技术（Self-propagating High Temperature Synthesis，简称 SHS技术，也称燃烧合成）是在外部能量诱发局部化学反应（点燃）后，利用化学反应自身 放热，使反应持续进行，同时合成出新材料。该技术因其消耗外界能源少、原位合成、产物纯 度高以及易获得中间亚稳相等优点得到了迅速发展和工业应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种具有硬度高、耐腐蚀、抗冲击、磨耗少、高附着力、寿命 长质量轻等优势，而且制备方法简单，节能环保，生产成本低，适合推广应用的新型耐磨涂 层及其制备方法。
[0007] 为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种新型耐磨涂层，该耐磨涂层的涂层粉料由以下重量百分比的组分组成：涂层 基础粉料70-95 %，金刚石磨粒5-30 %，所述涂层基础粉料的原料组分包括Ni、Al、Ti、C和 Ni-Cr合金粉末，其中Ni、Al按摩尔比3 :1或1:1配比，且其重量百分比共为15-40%，Ti、 C按摩尔比1 :1配比，且其重量百分比共为20-45% ,Ni-Cr合金重量百分比共为20-40%。
[0009] 作为本发明的一种优选方案，该耐磨涂层的涂层粉料由以下重量百分比的组分组 成：涂层基础粉料82 %，金刚石磨粒18 %，所述涂层基础粉料的原料组分包括Ni、Al、Ti、C 和Ni-Cr合金粉末，其中Ni、Al按摩尔比3 :1配比，且其重量百分比共为27%，Ti、C按摩 尔比1 :1配比，且其重量百分比共为38% ,Ni-Cr合金重量百分比共为35%。
[0010] 作为本发明的一种优选方案，所述Ni、Al、Ti、C和Ni-Cr合金粉末的纯度均高于 99. 9%，粒度均小于75 μm。
[0011] 作为本发明的另一种优选方案，所述金刚石磨粒的粒度为40/50目-170/200目。
[0012] 一种新型耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0013] 步骤一、涂层基础粉料的制备：将各组的Ni、Al、Ti、C和Ni-Cr合金粉进行混合， 并在真空手套箱中装入不锈钢球磨罐，然后在球磨机进行充分球磨混合，获得涂层基础粉 料；
[0014] 步骤二、将步骤一所得的涂层基础粉料与金刚石磨粒在球磨机中混合均匀，获得 含金刚石的涂层粉料；
[0015] 步骤三、将步骤二所得的含金刚石的涂层粉料称取一定质量并涂覆于预先经过表 面处理的涂层基体母材表面；
[0016] 步骤四、通过对含金刚石的涂层粉料进行加热引燃，从而引起涂层粉料的自蔓延 反应，并在反应结束时同时进行加压，压力不小于30MPa，加压后在涂层基体母材表面获得 含金刚石的新型耐磨涂层。
[0017] 作为本发明的一种优选方案，步骤一和二中所述球磨机转速为150~250r/min, 球磨时间3~6h，球料比为5-10 :1，磨球和原料总体积不超过球磨罐体积的2/3,球磨罐和 磨球的材料为不锈钢或陶瓷或硬质合金材。
[0018] 作为本发明的另一种优选方案，步骤三中所述涂层基体母材包括普通碳素结构 钢、优质碳素结构钢、合金钢和不锈钢。
[0019] 作为本发明的再一种优选方案，步骤三中所述涂层基体母材的预先表面处理采用 磨削、铣削或车削的方法，除去钢材表面锈斑杂物，用乙醇、酒精或丙酮除去钢材表面油脂。
[0020] 作为本发明的进一步优选方案，步骤四中所述的加热方式为热压炉、激光、加热钨 丝或电火花加热方式。
[0021] 作为本发明的更进一步优选方案，步骤四中制得的耐磨涂层厚度为0. 5-5mm。
[0022] 本发明的新型耐磨涂层，该耐磨涂层的涂层粉料由以下重量百分比的组分组成： 涂层基础粉料70-95%，金刚石磨粒5-30%，该金刚石磨粒的含量比例设计合理，既满足合 成一定厚度的涂层，又满足了结合强度高和耐磨性能好的要求。所述涂层基础粉料的原料 组分包括Ni、Al、Ti、C和Ni-Cr合金粉末，其中Ni、Al按摩尔比3 :1或1:1配比，且其重量 百分比共为15-40%，Ti、C按摩尔比1 :1配比，且其重量百分比共为20-45% ,Ni-Cr合金 重量百分比共为20-40%。以上各组分的配比合理，不仅保障了涂层的结合强度，而且使制 得的涂层具有硬度高、耐腐蚀、抗冲击、磨耗少、高附着力、寿命长、质量轻等优点，其中，以 上各组份的配比可进一步优选为：涂层基础粉料78-85 %，金刚石磨粒15-22 %，Ni、A1按摩 尔比3 :1配比，且其重量百分比共为20-30%，Ti、C按摩尔比1 :1配比，且其重量百分比共 为30-40%，Ni-Cr合金重量百分比共为30-38%，通过进一步优选使制备得的涂层耐磨等 性能更加突出。
[0023] 与现有技术相比，本发明的一种新型耐磨涂层具有以下优势：
[0024] (1)、本发明的耐磨涂层具有、硬度高、耐腐蚀、抗冲击、磨耗少、高附着力、寿命长 和质量轻等优势，而且制备方法简单，节能环保，生产成本低，适合推广应用。
[0025] (2)、本发明的耐磨涂层采用基础粉料和金刚石磨粒为原料，涂层中含有硬度极高 的金刚石颗粒，耐磨性能好，并且反应物Ti和C原位合成的TiC化合物，增强涂层的耐磨性 能。
[0026] (3)、本发明的耐磨涂层采用自蔓延反应的方法制备而成，不仅反应结合强度高， 而且节能低碳、反应快速，消耗外界能源少。