一种提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面处理方法技术领域，尤其涉及一种提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法。
【背景技术】
[0002]耐磨衬板是煤矿、矿山行业中的重要耐磨件，煤块与衬板之间产生相对滑动、滚动与冲击作用，使衬板处于三体磨损工况，会造成衬板表面的切削及犁削磨损，使衬板基体组织及硬质相流失，发生磨料磨损和冲击磨损，衬板在既受腐蚀又受冲击磨损和磨粒磨损的恶劣工况下，若其加工硬化不足，耐腐蚀性较差，会导致使用寿命大大降低。目前，在普通耐磨板上进行表面处理是提高其耐磨性的主要手段。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种提高耐磨衬板涂层的强度和耐磨性的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，包括如下步骤:
[0005]I)向耐磨板喷涂WC-10Co_4Cr涂层；
[0006]2)清洗喷涂后的耐磨板后，将耐磨板放入深冷箱中；
[0007]3)先降温至-120°C，冷却速度为2°C/min，保温2h;
[0008]4)再降温至-196°C，冷却速度为2°C/min，之后分别保温12h、24h和48h;
[0009]5)深冷处理结束后，开始进行回火处理；
[0010]处理结束后的涂层中含有WC颗粒与Ct-Co相，还含有η相的析出以及α-Co相发生马氏体相变形成的ε-Co相，ε-Co相为密排六方。
[0011]回火温度为200°C，加热速度为3°C/min，保温2h后空冷至室温。
[0012]所述回火设备为马弗炉。
[0013]在摩擦磨损试验机上，压力为100N，摩擦转速为300r/min，摩擦时间为20min，对磨件为刚玉球时，经过24h深冷处理后的WC-10Co-4Cr涂层的平均摩擦系数为0.6，经过48h深冷处理后的涂层的平均摩擦系数为0.5。
[0014]经过48h深冷处理后试样的磨损量为1.2mg。
[0015]深冷处理介质为液氮，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷物件温度降低，通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节。
[0016]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，深冷处理能够改善材料组织和性能。它不仅能提尚材料的尺寸稳定性、减小变形，还可以提尚材料的耐磨性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能以及增加材料的强度、硬度和韧性。经深冷处理后的涂层中除了 WC颗粒与a-Co相以外，还有η相的析出以及a-Co相发生马氏体相变形成的ε-Co相。一方面，a-Co相转变形成的ε-Co相为密排六方，其变形过程中的滑移系远少于a-Co相的面心立方结构，导致ε-Co相具有比α-Co相更高的硬度和强度，从上述结果可以看出大量ε-Co相的析出有利于提高涂层的强度和耐磨性能。另一方面，经深冷处理后的涂层中有η相(Co6W6C)的析出，该碳化物在涂层中起弥散强化的作用，进而改变了刀具材料的微观组织结构，提高了涂层的耐磨性能。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例中提供的未深冷处理与48h深冷处理涂层的X射线衍射图谱；
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0019]在众多涂层材料中，碳化钨(WC)具有很高的硬度和耐磨性，是制造硬质合金的主要原料，也是热喷涂领域制备高耐磨涂层的重要原料。此外，在WC粉末中添加具有高延展性的Co元素作为粘结相，可以显著提高涂层的强度和韧性。然而，碳化钨在喷涂过程中受高温作用容易“失碳”分解生成六方结构的变体W2C，它的存在会导致涂层脆性的增大，降低其耐磨性。因此，在不提高制造成本和不限制应用范围的基础上，如何进一步提高热喷涂WC合金涂层的耐磨性依然是亟需解决的问题。
[0020]深冷处理，又称超低温处理，是指将工件以一定的冷却速度冷却至温度低于-120°(:的环境下，保持一段时间后再升温到室温的处理方法。能够改善材料组织和性能。它不仅能提高材料的尺寸稳定性、减小变形，还可以提高材料的耐磨性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能以及增加材料的强度、硬度和韧性。
[0021 ]深冷处理是在由PLC程序控制的深冷处理箱中进行。深冷处理介质为液氮，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷物件温度降低，通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节。深冷处理工艺过程如下:
[0022]将热喷涂WC-10Co-4Cr涂层的耐磨板清洗后，放入深冷箱中，先降温至_120°C，冷却速度为2°C/min，保温2h;再降温至-196°C，冷却速度为2°C/min，之后分别保温12h、24h和48h(采用三组实验组，分别保温12h、24h和48h，分析对比性能)。深冷处理后，关闭液氮输入阀，开始进行回火处理，回火设备为普通马弗炉，回火温度为200°C，加热速度为:TC/min，保温2h后空冷至室温。
[0023]将深冷处理后的WC-10Co-4Cr涂层和未进行深冷处理的WC-10Co-4Cr涂层分别进行耐磨性测试。在摩擦磨损试验机上，压力为100N，摩擦转速为300r/min，摩擦时间为20min，对磨件为刚玉球。结果发现，未进行深冷处理的WC涂层的平均摩擦系数约为0.7，12h深冷处理后的涂层的平均摩擦系数与原始涂层基本相等，而经过24h深冷处理后的WC-10Co-4Cr涂层的平均摩擦系数约为0.6，48h深冷处理后的涂层的平均摩擦系数降至0.5，结果表明经深冷处理后的涂层摩擦系数下降，耐磨性得到提高；同时，计算了两种状态的涂层的磨料比，结果表明，未深冷处理试样的磨损量为15.4mg，48h深冷处理后试样的磨损量
1.2mg，深冷处理后的磨料比远小于深冷处理前的磨料比，结果进一步表明深冷处理后热喷涂WC-10Co-4Cr涂层的耐磨性得到了提高。
[0024]图1所示为未深冷处理与48h深冷处理涂层的X射线衍射图谱，从图中可以看出，未深冷处理涂层中仅有WC颗粒与α-Co相，而经48h深冷处理后的涂层中除了WC颗粒与α-Co相以外，还有η相的析出以及α-Co相发生马氏体相变形成的ε-Co相。一方面，α-Co相转变形成的ε-Co相为密排六方，其变形过程中的滑移系远少于a-Co相的面心立方结构，导致ε-Co相具有比a-Co相更高的硬度和强度，从上述结果可以看出大量ε-Co相的析出有利于提高涂层的强度和耐磨性能。另一方面，经48h深冷处理后的涂层中有Tl相(Co6W6C)的析出，该碳化物在涂层中起弥散强化的作用，进而改变了刀具材料的微观组织结构，提高了涂层的耐磨性會K。
[0025]采用上述的方案后，深冷处理能够改善材料组织和性能。它不仅能提高材料的尺寸稳定性、减小变形，还可以提高材料的耐磨性能、耐腐蚀性能、抗疲劳性能以及增加材料的强度、硬度和韧性。
[0026]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)向耐磨板喷涂WC-10Co-4Cr涂层； 2)清洗喷涂后的耐磨板后，将耐磨板放入深冷箱中； 3)先降温至-1200C，冷却速度为20C/min，保温2h； 4)再降温至_196°C，冷却速度为2°C/min，之后分别保温12h、24h和48h; 5)深冷处理结束后，开始进行回火处理； 处理结束后的涂层中含有WC颗粒与α-Co相，还含有Tl相的析出以及α-Co相发生马氏体相变形成的ε-Co相，ε-Co相为密排六方。2.如权利要求1所述的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，回火温度为200°C，加热速度为3°C/min，保温2h后空冷至室温。3.如权利要求2所述的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，所述回火设备为马弗炉。4.如权利要求1所述的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，在摩擦磨损试验机上，压力为10N，摩擦转速为300r/min，摩擦时间为20min，对磨件为刚玉球时，经过24h深冷处理后的WC-10Co-4Cr涂层的平均摩擦系数为0.6，经过48h深冷处理后的涂层的平均摩擦系数为0.5。5.如权利要求1所述的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，经过48h深冷处理后试样的磨损量为1.2mg06.如权利要求1所述的提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，其特征在于，深冷处理介质为液氮，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷物件温度降低，通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节。
【专利摘要】本发明公开了一种提高热喷涂涂层耐磨性能的处理方法，通过对耐磨板喷涂WC-10Co-4Cr涂层，并进行深冷处理，提高涂层的强度和耐磨性。
【IPC分类】C23C4/18, C22F1/16, C23C4/06
【公开号】CN105671476
【申请号】CN201610070221
【发明人】王刚, 顾开选, 黄仲佳, 丁鹏飞
【申请人】安徽工程大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月28日