一种在钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法
【专利摘要】本发明提出了一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，所述方法包括以下步骤：将重量百分比为11.6％Fe粉、8.2％Al粉、5.2％C粉、53.8％Ni粉和21.2％Ti粉均匀混合；将混合均匀后的涂层混料制成2～3mm厚的压坯，将钢(铁)粉制成12～15mm厚的基体压坯；在保护气氛状态下将涂层混料压坯和钢(铁)基体压坯两端面经600目砂纸打磨清理，然后按照钢(铁)基体压坯在下，涂层压坯在上顺序放入石墨模具中；在真空状态下对压坯进行热压烧结反应并保温扩散，其中最高烧结温度1000-1150℃，保温时间120-180min，最高施加压力30-45MPa，压力施加速率与升温速率同步。通过该方法制备的TiC增强的Ni3Al基复合涂层与粉末冶金钢(铁)基体实现了界面原位冶金结合，其组织致密，性能优越，具有广泛的应用领域。
【专利说明】一种在钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢铁材料表面金属间化合物基复合涂层，尤其涉及到一种制备含Fe的TiC/Ni3Al复合涂层的方法。
【背景技术】
[0002]现代工业工作环境的严酷性，迫切需要工件能够在高温，耐蚀等工况下工作，对于材料的整体要求越来越高。在保留工件基本构造和成分不变的前提下，只在工件关键部位实行涂层防护，既能有效地保护工件，又能节约成本。
[0003]对于涂层，本质是各种键的结合，因此如何获得高的键能结合是解决涂层结合强度的根本。特别对于钢铁工件而言，目前涂层有效的制备方法主要有热喷涂、气相沉积技术、复合镀层技术和高能束技术等。这些方法利用热能或化学反应实现在钢铁表面涂层的冶金结合或冶金机械结合共存。但是这些方法是在已成型的钢铁表面制备涂层，涂层与构件表面匹配性和相容性限制了其发展。主要表现为钢铁表面要预处理且涂层在制备过程中的应力状态和成分要尽量与钢表面等参数匹配。由于是利用热能或化学反应来制备冶金涂层，容易产生气泡和夹杂，难以获得牢固、干净的界面结合，且涂层本身的致密度和韧性不高，容易发生开裂、翘曲和脱落，影响涂层的使用和发展前景。
[0004]为了解决这一问题，中国专利ZL200610038185.0公开了一种涂层制备方法，采用钢液浇注与自蔓延工艺结合制备TiC/Ni3Al金属间化合物基表面复合涂层。这种涂层能实现与钢铁基体的冶金结合，且本身耐蚀耐磨，是一种理想的涂层材料。但是由于热量来源与浇注钢液、涂层的合成和界面的状态不易控制，成品率不高。
[0005]利用粉末冶金工艺的特殊性，采用制备工件与涂层同时成型的整体材料是能解决上述不利影响的有效途径。且粉末冶金中的压力能使界面结合良好，涂层本身致密，不存在工件表面要预处理等过程。所以选用一种能原位反应合成的高强、耐磨优质复合材料作为涂层，且本身的放热有利于涂层的原位合成，并与工件表面匹配形成扩散层是一解决方案。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，解决了钢铁表面制备涂层时易产生气泡和夹杂，难以获得牢固、干净的界面结合，且涂层本身的致密度和韧性不高，容易发生开裂、翘曲和脱落等问题，且充分利用了热能和压力，节约了能源。
[0007]为了达到上述目的，本发明提出了一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，涂层材料与基体材料均由粉末热压冶金而成，其涂层材料重量百分比为11.6% Fe粉、
8.2% Al 粉、5.2% C 粉、53.8% Ni 粉和 21.2% Ti 粉。
[0008]优选的，热压反应成的涂层材料为TiC颗粒增强的Ni3Al基复合材料。
[0009]优选的，生成的TiC颗粒的理论体积分数为30%，热压反应成的涂层材料中含有
11.6% Fe。
[0010]本发明提出的一种钢 铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，所述方法包括以下步骤:
[0011]将重量百分比为11.6% Fe 粉、8.2% Al 粉、5.2% C 粉、53.8% Ni 粉和 21.2% Ni粉均匀混合；
[0012]将混合均匀后的混料制成涂层压坯，将钢(铁)粉制成基体压坯，粗糙化清理后按照上下顺序放入石墨模具中；
[0013]在真空环境下对压坯进行热压烧结反应并保温扩散，其中最高烧结温度1000-1150°C，最高施加压力 30-45MPa。
[0014]优选的，将重量百分比为11.6% Fe粉、8.2% Al粉、5.2% C粉、53.8% Ni粉和21.2% Ti粉均匀混合，具体为，
[0015]将重量百分比为11.6% Fe 粉、8.2% Al 粉、5.2% C粉、53.8% Ni 粉和 21.2% Ti 粉末在球磨机上混料，混料耐间为12小时，其中球磨机的磨球为玛瑙球，球料质量比为3: I。
[0016]优选的,在25MPa压力下将混合均匀的涂层混料制成压还,厚度2~3mm。
[0017]优选的，在25MPa压力下将钢(铁)粉制成基体压坯，厚度12~15mm。
[0018]优选的，在氩气气氛下，在手套箱中分别将涂层与基体压坯两端面用600目砂纸打磨清理。
[0019]优选的，按照涂层压坯在上，基体压坯在下的顺序放入石墨模具中。
[0020]优选的，烧结升温速度为10°C /min，最高烧结温度为1000-1150°C，保温时间为120_180min。
[0021]优选的，最高施加压力为30_45MPa，压力施加速率与升温速率同步。
[0022]本发明提出的一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法中，采用N1-Al-T1-C-Fe体系反应扩散成含Fe的TiC增强的Ni3Al基复合涂层。生成的TiC颗粒理论体积分数为30%，具有高的强度，均匀的分散在耐热Ni3Al基体中。温度和压力作用下形成的界面致密，从涂层到基体过渡自然，没有裂纹和气孔等缺陷出现。涂层中的Fe的加入加强了与基体的结合，使其形成的冶金界面更致密，结合强度高。解决了钢铁表面涂层结合强度低及其夹杂等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明实施例一中提出的钢铁表面高强耐蚀复合涂层材料的XRD分析分析图；
[0024]图2为本发明实施例一中提出的高强耐蚀复合涂层材料的扫描电镜照片；
[0025]图3为本发明实施例一提出的钢铁表面高强耐蚀复合涂层与基体材料的界面扫描电镜照片；
[0026]图4为本发明实施例一提出的钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法中基体材料的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]本发明实例一提出了一种在钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，该方法包括以下步骤:
[0029]采用Ni粉、Al粉、Ti粉、C粉和Fe粉为作为涂层制备原材料，采用Fe粉为基体原材料。其中Ni粉、Al粉、Ti粉、C粉和Fe粉的纯度分别为99.5%,99.0%,99.5% T1、99.9%和99.0%，颗粒粒度分别为500目、300目、300目、300目和200目。将重量百分比为11.6% Fe粉、8.2% Al粉、5.2% C粉、53.8% Ni粉和21.2% Ti粉混合，将混合粉末在行星球磨机上混料，转速为300r/min，混料时间为12小时，得到混合均匀的涂层混合粉末，其中，球磨机的磨球为玛瑙球，球料质量比为3: I。
[0030]将混合好的涂层混合粉末和作为基体材料的Fe粉在制样机上分别制成压坯，具体的在25MPa压力下将混合均匀的涂层混合粉末和基体Fe粉制成压坯，优选涂层压坯尺寸为Φ48.8X2mm，基体材料为Φ48.8Χ12πιπι。在氩气气氛下，在手套箱中分别将涂层与基体压坯两端面用600目砂纸打磨，打磨方向按照十字状进行，然后用氩气气流清理干净。
[0031]将打磨清理好的压坯按照涂层压坯在上，基体压坯在下的顺序叠加，然后四周用石墨纸密封，放入Φ 50mm的石墨模具中。
[0032]在真空热压烧结炉中对压坯进行热压烧结反应并保温扩散，烧结升温速度10°C /min，最高烧结温度1050°C，保温时间180min ;最高施加压力40MPa，压力施加速率与升温速率同步，烧结结束后随炉冷却。
[0033]采用上述方法制备而成的钢铁表面高强耐蚀复合涂层，其热压反应合成的涂层材料为含Fe的TiC颗粒增强的 Ni3Al基复合材料，生成的TiC颗粒的理论体积分数为30%，制备而成的钢铁表面高强耐蚀复合涂层材料的XRD分析图如图1所示。
[0034]在本发明实施例提出的钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法中，采用N1-Al-T1-C-Fe体系反应扩散成含Fe的TiC增强的Ni3Al基复合涂层。生成的TiC具有高的强度，均匀的分散在耐热Ni3Al基体中，制备而成的钢铁表面高强耐蚀复合涂层材料的扫描电镜照片如图2所示。
[0035]在本发明实施例提出的在铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法中，温度和压力作用使涂层与基体之间形成致密的、冶金结合的界面，其界面过渡自然，没有裂纹和气孔等缺陷出现，制备而成的钢铁表面高强耐蚀复合涂层的界面和基体的扫描电镜照片如图3和4所示。
[0036]需要说明的是，在涂层材料中添加了少量的Fe元素，能够加强在温度和压力作用下涂层与基体的界面结合，这是由于Fe元素与基体具有大的匹配性，使其形成的冶金界面更加致密，结合强度高。因此采用上述方法制备的涂层能与基体结合牢固，且本身高温性能优越，能明显的提高基体材料的强度和耐蚀性能，且在制备过程中，充分利用了热量和压力，使涂层材料的反应合成、界面的形成和基体的成型一体化，使材料近终成型，避免了后续加工等工艺，节约了成本，提高了效率。解决了钢铁表面涂层结合强度低及其夹杂等问题。
[0037]上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的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内。
【权利要求】
1.一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，其特征在于，涂层材料与基体均由粉末热压冶金而成，其涂层材料重量百分比为11.6% Fe粉、8.2% Al粉、5.2% C粉、53.8%Ni 粉和 21.2% Ti 粉。
2.如权利要求1所述的一种钢铁表面制备的高强耐蚀复合涂层，其特征在于，热压反应成的涂层材料为TiC颗粒增强的Ni3Al基复合材料；生成的TiC颗粒的理论体积分数为30%，涂层材料中含有11.6% Fe。
3.一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 将重量百分比为11.6% Fe粉、8.2% Al粉、5.2% C粉、53.8% Ni粉和21.2% Ti粉均匀混合； 将混合均匀后的涂层混料制成压坯，将钢(铁)粉制成基体压坯，粗糙化清理后按照上下顺序放入石墨模具中； 在真空环境下对压坯进行热压烧结反应并保温扩散，其中最高烧结温度为1000-1150°C，最高施加压强为30-45MPa。
4.如权利要 求3所述的一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，其特征在于，将重量百分比为11.6% Fe粉、8.2% Al粉、5.2% C粉、53.8% Ni粉和21.2% Ti粉末在球磨机上混料，混料时间为12小时，其中球磨机的磨球为玛瑙球，球料质量比为3: I。
5.如权利要求3所述的一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，其特征在于，在25MPa压力下将混合均匀的涂层混料制成压坯，厚度2~3mm ;将钢(铁)粉在25MPa压力下制成基体压坯，厚度12~15mm ;在氩气气氛下，在手套箱中分别将涂层与基体压坯两端面用600目砂纸打磨清理，按照涂层压坯在上，基体压坯在下的顺序放入石墨模具中。
6.如权利要求3所述的一种钢铁表面制备高强耐蚀复合涂层的方法，其特征在于，烧结升温速度10°c /min，最高烧结温度1000-1150°c，保温时间120_180min ;最高施加压力30-45MPa，压力施加速率与升温速率同步。
【文档编号】C22C19/03GK103667794SQ201210337787
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2012年9月7日
【发明者】杨子润, 王树奇, 李新星, 刘学然, 王敏 申请人:盐城工学院