专利名称：高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法
技术领域：
本发明涉及一种渗透钎焊法制备的高含量碳化钨梯度耐磨涂层的方法，属于材料加工工程中的涂层制备领域。
背景技术：
磨擦磨损与腐蚀是各种机械设备中金属工件失效的主要形式，由此导致的能源和材料消耗增加等所造成的经济损失是巨大的，故对金属磨损和耐磨耐蚀材料的研究一直受到国内外的广泛重视。进入21世纪以后，随着我国经济的高速增长，很多行业机械装备的部件都有了更高的防磨、抗蚀或耐高温的要求。如石油钻井钻杆、塑料加工成型挤压零件、食品加工成型挤压零件、以及电站的耐热金属部件如燃烧器、燃气风机、热交换器、煤灰输送设备、燃烧器 管道、粉磨机等零件的高温腐蚀和磨损问题都已成为这些设备安全运行亟待解决的问题。从某种意义上讲，机械装备可靠性的高低取决于其关键部件的抗腐蚀和抗磨损程度，防腐、抗磨问题解决得如何，对机械装备的安全性、可靠性及经济效益都具有举足轻重的作用。因此，探索一种具有较好的耐磨蚀、耐高温腐蚀的涂层是保证机械装备正常运行的当务之急，也是符合21世纪绿色制造概念的前沿课题。经查阅文献，为了减缓机械装备和电站设备中重磨蚀耐热部件的高温腐蚀和冲蚀，国内外研究者采取了一系列措施对其进行防护，传统的表面涂层如预熔敷层、耐磨涂料、喷焊、堆焊、热喷涂涂层等在耐磨成效、传热和运转要求方面尚有严重不足及弊端，只能提供单一和有限的保护，而且性能寿命有限，不能从根本上解决机械装备和电站设备中重磨蚀耐热部件的高温腐蚀及磨损。比如堆焊WC、CrC时局部的高温会导致基体受热不均匀，温度场梯度大，容易引起较大焊接残余应力及变形，焊接保护层会局部开裂甚至形成贯穿裂纹，导致保护涂层脱落。而且堆焊层表面粗糙，机加工量大；喷焊镍基合金主要提高了耐腐蚀性而耐磨蚀性一般。喷焊钴基合金耐腐蚀性有限。热喷涂的涂层厚度受到一定限制(O. 2-0. 6mm)且喷涂高镍铬层和喷焊时涂层与基体均为机械结合，涂层致密度也有限。涂层与基体的结合强度不高(30-50MPa)易造成脱落，寿命很短，少则甚至只有3个月。经查阅文献和查阅网站http://www. conformaclad. com/,美国利用该渗透钎焊的碳化物包覆涂层技术取代热喷涂技术在石油钻机轴及钻杆表面上制备耐磨涂层，在内燃机零件一汽门摇臂上开发了 WC-Fe系涂层技术，但他们的技术也只是单层碳化钨涂层技术，没有提到梯度涂层的概念。北京有色金属研究总院林晨光，楚建新，叶军等在中国有色金属学报(1996,6(1) :93 97)撰文《“金属布”硬质复合涂层的微观组织及性能》，经过几年的研究，用单层贴“布”的方法己经在钢件平面制备WC-Ni系耐磨涂层，并在模具、密封件、钻具上进行应用试验[9]，并取得了很大的进展。但是该技术只是单层贴“布”，对曲面零件容易在曲面特别是在有内或外圆钢件表面烧结硬质耐磨层时经常发生涂层脱落、开裂等现象。在实际应用中，曲面耐磨钢件比平面多，上述问题不解决，将极大的限制本技术的应用。
中国科学院金属研究所的陆善平，董秀中，吴庆，郭义，陈亮山等人(I、陆善平，董秀中，吴庆.NiCrBSi-WC耐磨钎焊涂层的制备[J],金属学报.1999，Vol. 35(1) :83-85 ;
2、陆善平，郭义，陈亮山.WC-17CO含量对(WC-17Co/NiCrBSi)复合钎焊涂层结合性能及耐磨性的影响[J]·材料导报，2001，Voll5(l) :65-68)用真空钎焊方法，在45钢基体表面钎焊一层WC-17Co/NiCrBSi衬磨涂层(厚I. 5mm)。研究了 WC_17Co含量对涂层性能的影响。涂层自身结合强度随WC-17C0含量的增加而增大，当涂层中WC-17CO含量为69wt%时，涂层结合强度达184MPa。涂层的抗磨料磨损性能高于火焰堆焊WC-17Co/NiCrBSi涂层和CoCrW堆焊涂层。北京有色金属研究总院的唐群在《稀有金属》撰文《“双层金属布”硬质涂层耐磨性能的研究》(2001，Vol. 25(6) :468-470)，将粘结相、硬质相分别加入成型剂轧制成“布”，先将粘结层贴在钢基体表面，再将硬质层贴在粘结层表面，厚度总和为I. 5 mm。然后，将表面粘贴有金属布涂层的钢基体试样进行烧结，研究了涂层的耐磨性。该技术与本发明的区别是1、该技术所采用的工艺是粉末烧结工艺，其实质类似于硬质合金制备所采用的粘 结相烧结熔化连接原理，而非真空渗透钎焊技术；2、该技术所采用的双层技术，其实质仍然是单层耐磨层，中间层是粘结层。发明人在博士后工作期间，2009年曾申请两项专利(江西恒大为所有权人)
[1]晏建武，刘莹，邵英平，段智，宋丽丽.一种用于金属表面改性的金属柔性布及其制备方法，国家发明专利，授权号ZL200910091045. 3
[2]晏建武，刘莹，宋丽丽，李建敏.一种用渗透钎焊法制备碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法，国家发明专利，授权号ZL200910091044. 9
上述两项专利具有以下缺点
1、申报时研究工作只是得到初步的进展，涂层中WC含量最多只能达到50%，洛氏硬度低于HRC50，耐磨性较低，难以满足很多机械装备零件的要求。公开专利与本发明的成分性能对比见表I。表I公开专利与本发明成分与性能对比
成分与性能I本发明I公
碳化鹤含量(TungstenCarbide)，wt%51-7040%-50%
攝铬合金粉(Ni83Crl7)，wt%~Q-27-
wt%—20%-25%~
wt%—20%-25%~
菊蔡剂、成型剂，wt%3-96-20%
落氏硬度，HRC|64-70|45-50
2、公开专利所采用的只是单层技术，由于钎焊时的应力收缩，涂层很易脱落。只能适用于平面零件，对曲面零件，该技术难以实现碳化钨涂层保护，根本难以贴合。3、公开专利所采用的粘结相采用的是单质镍粉和铬粉，其耐磨、耐蚀性与本专利相比显著较差。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，采用BNi-2钎焊料或者BNi-7钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属丝网柔性复合布的上面因毛细作用渗透进入金属丝网柔性复合布的孔洞中并渗透扩散进入基体金属形成涂层和基体金属冶金结合界面；为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
所述高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，包括以下步骤
I、将含有碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、镍铬合金粉Ni-Cr的数层金属丝网柔性复合布依次用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上；该金属丝网柔性复合布可以是两层以上，不同层中的碳化钨WC、或者碳化钨-钴WC-Co的含量不同，从表面层到靠近钢基体的柔性金属丝网布，碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co的含量逐渐降低，形成碳化钨-钴含量梯度，以减小焊接应力；
(1)表面层中碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、经机械合金化的镍铬Ni-Cr合金粉各物质按重量份各占碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co 51-70份、经机械合金化的镍铬Ni-Cr合金粉27-40份；成型剂和粘结剂总量共3-9份，成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2-3份、硬脂酸O. 5-3份，粘结剂为树脂O. 5-3份；
(2)次表面层中碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr 各物质按重量份各占碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co 25-35份、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr 56-62份；成型剂和粘结剂总量共3_9份；成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2-3份、硬脂酸O. 5-3份；粘结剂为树脂2-5份；
(3)镍铬Ni-Cr合金粉的成分配方可为Ni83Crl7；
(4)作为粘结相的镍铬Ni-Cr合金粉、碳化钨WC或碳化钨-钴WC-Co，可以是经机械合金化球磨工艺制备的纳米晶镍铬合金粉，具有很好的焊接性能；
(5)所述耐磨柔性金属丝网布的成型可采用一种将纳米晶Ni-Cr合金粉末放置于二维网络金属丝网上，在辊压设备中辊压轧制成型的工艺，可减少有机物粘结剂、成型剂的含量，减少气孔，提高涂层耐磨性能；
(6)所述金属基体可以是钢基体。2、采用BNi-2钎焊料或者BNi-7钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属丝网柔性复合布的上面因毛细作用渗透进入金属丝网柔性复合布的孔洞中并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面；
将真空炉抽真空使真空度达到小于5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa氩Ar气焊接制备涂
层；
钎焊时，加热第一段在300-400 °C保温20 min-40 min，并充入O. 05 MPa的氩气，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂；
钎焊时，加热第二段在1010-1170 °C保温10 min-30 min，采用BNi_2钎焊料，或者925 1040°C保温10 min-30 min，采用BNi_7钎焊料，使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中最终形成涂层；
焊接加热速度为10-20 V /min,冷却速度为5-20 V /min。本发明的有益效果是与现有技术比较，本发明所研制的WC含量高达70%的涂层，洛氏硬度达到HRC 64-70，耐磨性显著提高。具有如下显著特征与优点
I、本发明采用多于两层的耐磨层，耐磨层中耐磨相成分梯度增加，由于采用了梯度涂层技术，产生的应力较小，与基体粘结牢固，涂层致密度高。有些表面处理技术如镀硬铬、热喷涂、以及前述技术所制备的涂层，当表面层较厚时，容易产生脱落现象而引起零件质量下降。有些表面硬化涂层中还会有大量的气孔。采用“高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊法制备方法”，通过调整耐磨层成分，不会出现脱落现象。而且涂层致密度高，基本上无气孔，一般可达理论密度的99. 5%以上。2、本发明中作为粘结相镍铬合金粉是经过机械合金化制备的纳米晶合金粉，而不是公开专利中的普通商品粉单质镍粉和铬粉，耐磨耐蚀性和焊接性大幅提高。3、本发明中作为焊料的焊料粉是经过机械合金化制备的纳米晶合金粉，而不是公开专利中的普通商品粉，其成型性和焊接性能可大幅提高。
4、一般的柔性涂层布都是加入大量成型剂连接粉末成型，本发明中耐磨柔性金属丝网布的成型可采用一种二维网络金属丝网与碳化钨(WC)粉、碳化钨-钴(WC-Co)粉、纳米晶Ni-Cr合金粉末混合在辊压设备中辊压轧制成型工艺。可减少有机物粘结剂、成型剂的含量。减少气孔，提高涂层耐磨性能。5、公开的专利成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3-10份、硬脂酸O. 5-3份、石蜡O. 5-2份。所述粘结剂为树脂2-5重量份。粘结剂与成型剂的总量为6-20重量份，这会带来大量的气孔，而且橡胶极易变质，失去塑性，而影响性能与钎焊性能。本发明粘结剂与成型剂的总量只需要3 wt%-9 wt%，橡胶的量最多只要3份，可以大幅提高性能。6、公开专利中镍铬含量各占一半。本发明中镍铬合金粉(Ni- Cr)的成分配方为Ni83Crl7。按照相图，过多的Cr不能形成镍铬合金，对涂层的焊接性及使用性能有不良影响，因此，本发明适当减少了 Cr的含量，有利于提高涂层的质量。7、涂层厚度较大并可调整。根据使用要求，硬贴面层的厚度可在O. 2 3_之间调整，耐磨寿命可得到大幅度提高。而其它技术如电镀、热喷涂、表面氮化、碳氮共渗、离子注入、化学气相沉积及物理气相沉积等方法，其涂层厚度一般在Imm以下；
8、涂层的性能可调。通过调整硬质相的比例和成分，可以调整涂层的硬度及耐磨性能，例如增加碳化钨、碳化铬的含量可以提高贴面的耐磨性；选择适当粘结成分，可以改善材料的腐蚀及耐高温性能等；
9、本发明技术采用渗透钎焊技术，钎焊料、粘结相与金属基体形成冶金结合界面，结合强度高于其他已有技术制备的涂层。本发明所涉及的渗透钎焊法制备的高含量WC梯度耐磨蚀复合涂层，是一种在形状复杂金属工件表面制备复合涂层的新技术。当钎料层被加热到钎料熔化，液态钎料在母材表面润湿，铺展，通过毛细作用流动，并通过扩散作用将耐磨粒子与粘结相镍铬合金及金属工件基体连接起来并与母材相互熔解和扩散实现零件间的冶金连接，涂层结合强度远高于机械结合的喷涂层。可显著提高金属表面的耐磨蚀性。适合用于保护所有体积可装入真空炉中的机械装备中要求耐磨损的部件，可大幅度提高耐磨蚀性能，解决一般的金属防护涂层厚度较薄、结合强度低的难题。克服以前的专利技术耐磨性能较低的缺点。
附图I为高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法的示意图。
图中1、钎料柔性金属布2、高碳化钨含量金属丝网柔性复合布3、低碳化钨含量金属丝网柔性复合布4、钢基体。
具体实施例方式实施例I
本实施例所述的渗透钎焊法制备的碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法包括以下步
骤
(1)、将含有不同含量碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)的两层涂层金属粉末柔性金属丝网布用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上，黏贴的次序是碳化钨(WC)含量高的靠近表面，含量低的靠近基体；
(2)、将BNi-2钎焊料制备成焊料金属丝网柔性复合布黏贴在步骤(I)的涂层金属粉末 柔性金属丝网布上；
(3)、在真空炉中进行渗透钎焊，钎焊时加热第一阶段脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂，加热第二阶段使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中将碳化钨连接在一起形成涂层，焊料同时扩散进基体金属中将涂层与基体金属连接在一起，形成冶金结合的界面。步骤(I)中表面层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 70份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 21份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。步骤(I)中中间过渡层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 35份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 56份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。将真空炉抽真空使真空度达到5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa Ar气焊接制备涂层。采用BNi-2钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属粉末柔性金属丝网布的上面渗透进入金属粉末柔性金属丝网布并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面。钎焊时加热第一段在400°C保温20 min，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂。钎焊时加热第二段在1170°C保温10 min,使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子
的柔性金属丝网布中最终形成涂层。焊接加热速度为10°C /min,冷却速度为5°C /min。本发明中金属粉末柔性金属丝网布是将选取的物质在球磨机中混合并充分搅拌，在辊压设备中辊压成型，得到金属粉末柔性金属丝网布。实施例2
本实施例所述的渗透钎焊法制备的碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法包括以下步
骤
(I)、将含有不同含量碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)的两层涂层金属粉末柔性金属丝网布用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上，黏贴的次序是碳化钨(WC)含量高的靠近表面，含量低的靠近基体；(2)、将BNi-2钎焊料制备成焊料金属丝网柔性复合布黏贴在步骤(I)的涂层金属粉末柔性金属丝网布上；
(3)、在真空炉中进行渗透钎焊，钎焊时加热第一阶段脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂，加热第二阶段使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中将碳化钨连接在一起形成涂层，焊料同时扩散进基体金属中将涂层与基体金属连接在一起，形成冶金结合的界面。步骤(I)中表面层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 62份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 29份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。步骤(I)中中间过渡层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 31份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 60份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成 型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。将真空炉抽真空使真空度达到5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa Ar气焊接制备涂层。采用BNi-2钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属粉末柔性金属丝网布的上面渗透进入金属粉末柔性金属丝网布并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面。钎焊时加热第一段在350°C保温30 min，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂。钎焊时加热第二段在1100°C保温20 min,使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子
的柔性金属丝网布中最终形成涂层。焊接加热速度为10°C /min,冷却速度为5°C /min。本发明中金属粉末柔性金属丝网布是将选取的物质在球磨机中混合并充分搅拌，在辊压设备中辊压成型，得到金属粉末柔性金属丝网布。实施例3
本实施例所述的渗透钎焊法制备的碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法包括以下步
骤
(1)、将含有不同含量碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)的两层涂层金属粉末柔性金属丝网布用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上，黏贴的次序是碳化钨(WC)含量高的靠近表面，含量低的靠近基体；
(2)、将BNi-2钎焊料制备成焊料金属丝网柔性复合布黏贴在步骤(I)的涂层金属粉末柔性金属丝网布上；
(3)、在真空炉中进行渗透钎焊，钎焊时加热第一阶段脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂，加热第二阶段使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中将碳化钨连接在一起形成涂层，焊料同时扩散进基体金属中将涂层与基体金属连接在一起，形成冶金结合的界面。步骤(I)中表面层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 51份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 40份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。步骤(I)中中间过渡层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 25份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 86份。成型剂和粘结剂总量共9重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶3份、硬脂酸3份。所述粘结剂为树脂3重量份。将真空炉抽真空使真空度达到5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa Ar气焊接制备涂层。采用BNi-2钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属粉末柔性金属丝网布的上面渗透进入金属粉末柔性金属丝网布并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面。钎焊时加热第一段在300°C保温40 min，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂。钎焊时加热第二段在1010°C保温30 min,使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子
的柔性金属丝网布中最终形成涂层。
焊接加热速度为10°C /min,冷却速度为5°C /min。本发明中金属粉末柔性金属丝网布是将选取的物质在球磨机中混合并充分搅拌，在辊压设备中辊压成型，得到金属粉末柔性金属丝网布。实施例4
本实施例所述的渗透钎焊法制备的碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法包括以下步
骤
(1)、将含有不同含量碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)的两层涂层金属粉末柔性金属丝网布用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上，黏贴的次序是碳化钨(WC)含量高的靠近表面，含量低的靠近基体；
(2)、将BNi-2钎焊料制备成焊料金属丝网柔性复合布黏贴在步骤(I)的涂层金属粉末柔性金属丝网布上；
(3)、在真空炉中进行渗透钎焊，钎焊时加热第一阶段脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂，加热第二阶段使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中将碳化钨连接在一起形成涂层，焊料同时扩散进基体金属中将涂层与基体金属连接在一起，形成冶金结合的界面。步骤(I)中表面层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 62份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 32份。成型剂和粘结剂总量共6重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2份、硬脂酸2份。所述粘结剂为树脂2重量份。步骤(I)中中间过渡层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 35份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 59份。成型剂和粘结剂总量共6重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2份、硬脂酸2份。所述粘结剂为树脂2重量份。将真空炉抽真空使真空度达到5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa Ar气焊接制备涂层。采用BNi-2钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属粉末柔性金属丝网布的上面渗透进入金属粉末柔性金属丝网布并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面。钎焊时加热第一段在400°C保温20 min，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂。钎焊时加热第二段在1170°C保温20 min，使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子
的柔性金属丝网布中最终形成涂层。
焊接加热速度为10°C /min,冷却速度为5°C /min。本发明中金属粉末柔性金属丝网布是将选取的物质在球磨机中混合并充分搅拌，在辊压设备中辊压成型，得到金属粉末柔性金属丝网布。实施例5
本实施例所述的渗透钎焊法制备的碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法包括以下步
骤
(1)、将含有不同含量碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)的两层涂层金属粉末柔性金属丝网布用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上，黏贴的次序是碳化钨(WC)含量高的靠近表 面，含量低的靠近基体；
(2)、将BNi-2钎焊料制备成焊料金属丝网柔性复合布黏贴在步骤(I)的涂层金属粉末柔性金属丝网布上；
(3)、在真空炉中进行渗透钎焊，钎焊时加热第一阶段脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂，加热第二阶段使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中将碳化钨连接在一起形成涂层，焊料同时扩散进基体金属中将涂层与基体金属连接在一起，形成冶金结合的界面。步骤(I)中表面层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 62份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 35份。成型剂和粘结剂总量共3重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2份、硬脂酸O. 5份。所述粘结剂为树脂O. 5重量份。步骤(I)中中间过渡层碳化钨(WC)、镍铬合金粉(Ni3tlCr6)按各物质重量份各占碳化钨(WC) 31份、镍铬合金粉(Ni3tlCr6) 66份。成型剂和粘结剂总量共3重量份。所述成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2份、硬脂酸O. 5份。所述粘结剂为树脂O. 5重量份。将真空炉抽真空使真空度达到5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa Ar气焊接制备涂层。采用BNi-2钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属粉末柔性金属丝网布的上面渗透进入金属粉末柔性金属丝网布并渗透扩散进入基体金属形成冶金结合界面。钎焊时加热第一段在350°C保温20 min，脱除含耐磨碳化钨粒子的柔性金属丝网布中的成型剂和粘结剂。钎焊时加热第二段在1100°C保温20 min，使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子
的柔性金属丝网布中最终形成涂层。焊接加热速度为10°C /min,冷却速度为5°C /min。本发明中金属粉末柔性金属丝网布是将选取的物质在球磨机中混合并充分搅拌，在辊压设备中辊压成型，得到金属粉末柔性金属丝网布。
权利要求
1.一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，其特征是 (1)将含有碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、镍铬合金粉Ni-Cr的数层金属丝网柔性复合布依次用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上；该金属丝网柔性复合布可以是两层以上，不同层中的碳化钨WC、或者碳化钨-钴WC-Co的含量不同，从表面层到靠近钢基体的柔性金属丝网布，碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co的含量逐渐降低，形成碳化钨-钴含量梯度，以减小焊接应力； 所述金属丝网柔性复合布层的配方为 (A)表面层中碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr按各物质按重量份各占碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co 51-70份、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr 27-40份；成型剂和粘结剂总量共3_9份，成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2-3份、硬脂酸O. 5-3份，粘结剂为树脂O. 5-3份； (B)次表面层中碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr按各物质按重量份各占碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co 25-35份、经机械合金化的镍铬合金粉Ni-Cr 56-62份；成型剂和粘结剂总量共3_9份；成型剂由以下重量份的物质组成橡胶2-3份、硬脂酸O. 5-3份；粘结剂为树脂2-5份； (2)采用BNi-2钎焊料或者BNi-7钎焊料作为焊料，渗透钎焊法制备涂层，焊料从金属丝网柔性复合布的上面因毛细作用渗透进入金属丝网柔性复合布的孔洞中并渗透扩散进入基体金属形成涂层和基体金属冶金结合界面； 将真空炉抽真空使真空度达到小于5 Pa，然后充入小于O. 05 Mpa氩Ar气焊接制备涂层； 钎焊时，加热第一段在300-400°C保温20 min-40 min，并充入O. 05 MPa的氩气，脱除含耐磨碳化钨粒子的金属丝网柔性复合布中的成型剂和粘结剂； 钎焊时，加热第二段在1010-1170°C保温10 min-30 min，采用BNi_2钎焊料，或者925 1040°C保温10 min-30 min，采用BNi_7钎焊料，使焊料熔化后渗透到含耐磨碳化钨粒子的金属丝网柔性复合布中最终形成涂层； 焊接加热速度为10-20 V /min,冷却速度为5-20 V /min。
2.根据权利要求I所述的一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，其特征是 所述镍铬合金粉Ni- Cr的成分配方为Ni83Crl7 ;镍铬合金粉Ni- Cr、碳化钨WC或碳化钨-钴WC-Co，是经机械合金化工艺制备的纳米晶镍铬合金粉，具有很好的焊接性能。
3.根据权利要求I所述的一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，其特征是 所述耐磨柔性金属丝网布的成型是采用一种二维网络金属丝网与纳米晶Ni-Cr合金粉末混合在辊压设备中辊压轧制成型工艺，减少有机物粘结剂、成型剂的含量，减少气孔，提高涂层耐磨性能。
4.根据权利要求I所述的一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，其特征是所述金属基体是钢基体。
全文摘要
一种高含量碳化钨梯度耐磨涂层的渗透钎焊制备方法，是将含有碳化钨WC或者碳化钨-钴WC-Co、镍铬合金粉Ni-Cr的数层金属丝网柔性复合布依次用环氧树脂粘结剂黏贴在金属基体上；在真空炉中进行渗透纤焊。与现有技术比较，本发明所研制的WC含量高达70%的涂层，洛氏硬度达到HRC64-70，耐磨性显著提高。
文档编号C23C24/08GK102965663SQ20121054170
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者晏建武, 张晨曙 申请人:南昌工程学院