三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法技术

三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法，其织构组织复合层区（1）、过渡区（2）、扩散影响区（3）；涂层与基体之间形成有效的冶金结合；所述的复合区（1）中细小的硬质颗粒均匀分布在球形颗粒状合金之间构成三维立体网状织构，颗粒之间的网状织构的宽度为20-30μm，硬质颗粒的间距约为5-10μm。其制备方法的步骤为：（1）金属基材处理，（2）涂层粉末的混制，（3）预制层的制备，其中部分添加了WC的复合粉末在涂覆前预先在基材表面涂覆一层厚度为1-2mm的镍基合金粉末作为过渡层；（4）三维织构涂层的烧结：将第（3）步制得的产物自然阴干再烘干，然后烧结，在真空环境升温并保温，随后随炉冷却至150℃出炉空冷至室温，得到产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涂层
，具体是三维立体网状织构组织结构特征的减磨耐磨镍基复合涂层的制备技术。
技术介绍
镍基合金涂层因其具有良好的耐磨损抗腐蚀性能而得到了广泛的应用研究，但是镍基合金中元素成分的不同、各元素含量的不同及涂层成型方法的不同都会对涂层的最终形貌和组织结构造成很大的影响，继而影响到涂层的摩擦磨损性能。在常见的涂层摩擦磨损性能试验中，可以看到试样表面试验后出现大量大面积剥落，并且沿摩擦方向有大量的犁沟，或者大量附着在表面上的白亮磨屑，特别是在高速、高温、高载等苛刻条件下，呈现出严重得疲劳磨损和磨粒磨损的特征。现有研究表明，织构组织对于材料的摩擦磨损性能具有显著的改善效果，在有润滑剂存在的情况下，表面图形化的凹坑或凹槽状织构能够起到储油器的作用，能够对摩擦副表面润滑，从而减少摩擦副的磨损，降低摩擦系数，同时织构还能起到提高承载能力的作用；织构图案几何形状、参数以及表面覆盖率对摩擦副的摩擦学能都有明显的影响；织构的存在可以改变摩擦副界面的接触状态，有效降低界面间的粘着力和摩擦力。虽然表面织构化的科学研究已经取得了重要进展，但目前的织构化组织主要以单一的表面规则织构化图案为代表，这种表面图形化织构的获得以机械加工或激光加工为主，或者通过模型化遮掩沉积获得。表面图形织构化虽然能够在一定程度上改善材料表面的摩擦学性能，但是由于材料表面本身并没有改变，而且表面织构化涂层厚度或加工深度不够，因而在经历一定时间的摩擦后，初始的表面图形化织构的几何特征会由于磨损而改变至消失，表面织构的作用会逐渐减弱直至消失；且在实际操作中，在织构组织的精密可控程度、价格成本和大面积的工业化生产等方面都还不够完善。真空熔覆技术是起源于真空烧结技术的表面涂层制备技术，因其在涂层制备过程中的多项优势而得到了不断发展和应用。真空熔覆是将具有特定性能的金属粉末预先涂覆于基材表面，然后经过烧制使得零件表面得到具有特殊性能的涂层，从而达到提高零件的使用寿命的目的。真空熔覆是在一定的真空度环境下进行，因此工件不易发生氧化，熔覆层表面成型光滑，质量好；熔覆层合金的成分具有良好可控性，可根据不同的使用要求选用不同的涂层成分配方；熔覆层的厚度可调节范围较大，在较宽的范围内都能得到性能优良的涂层；熔覆层与零件表面实现了冶金结合，结合强度高，不易脱落。通过对以往文献的整理，发现织构组织在材料摩擦学性能方面有着优秀的表现，能够降低摩擦系数，提高耐磨性，但是目前织构组织的制备中，存在制备技术单一、织构组织表面化、工艺复杂，成本高，而且厚度薄，或与基体结合强度不高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法。本专利技术是三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法，三维立体网状织构组织复合涂层，包括织构组织复合层区（1）、过渡区（2）、扩散影响区（3）；涂层与基体之间形成有效的冶金结合；所述的复合区（1）中细小的硬质颗粒均匀分布在球形颗粒状合金之间构成三维立体网状织构，织构的球形颗粒平均直径为80-100μm，颗粒之间的网状织构的宽度为20-30μm，硬质颗粒的间距约为5-10μm。以上所述的三维立体网状织构组织复合涂层的制备方法，其步骤为：（1）金属基材处理：将基材表面用砂轮去除氧化层后，用砂纸打磨至平整光亮，然后清洗去除油污，最后烘干备用；（2）涂层粉末的混制：将镍基合金粉末与碳化钨粉末或镍包石墨粉末分别称量后置于混粉瓶中充分混合均匀；（3）预制层的制备：将粉末用粘接剂调制后均匀涂覆于基材表面，厚度为2-3mm，其中部分添加了WC的复合粉末在涂覆前预先在基材表面涂覆一层厚度为1-2mm的镍基合金粉末作为过渡层；（4）三维织构涂层的烧结：将第（3）步制得的产物自然阴干再烘干，然后将其放入真空碳管烧结炉烧结，在真空环境升温至1050±5℃并保温，随后随炉冷却至150℃出炉空冷至室温，得到具有三维立体网状织构组织复合涂层的产品。本专利技术与现有技术相比，具有以下优势：充分发挥真空熔覆技术特点与优势，在一定真空度下，首次将WC与石墨同时作为添加相，控制升温速率、冷却速率以及热流方向，制得了具有三维立体网状织构组织结构特征的复合涂层，该三维立体网状织构组织厚度达到3mm，能够显著提高涂层的耐磨性并降低摩擦系数，且与基体冶金结合，承载能力强；并对镍基复合涂层的组织进行了分区研究，探明各部分的组织构成，并对其形成机制进行了深入分析。附图说明图1是本专利技术纵截面示意图，图2是本专利技术涂层纵截面的组织形貌SEM图。具体实施方式本专利技术是三维立体网状织构组织复合涂层及其制备方法，三维立体网状织构组织复合涂层，包括织构组织复合层区1、过渡区2、扩散影响区3；涂层与基体之间形成有效的冶金结合；所述的复合层区1中细小的硬质颗粒均匀分布在球形颗粒状合金之间构成三维立体网状织构，织构的球形颗粒平均直径为80-100μm，颗粒之间的网状织构的宽度为20-30μm，硬质颗粒的间距约为5-10μm。以上所述的球形区域主要由镍基固溶体、共晶组织和包括Cr7C3Cr7C3、Cr23C6Cr23C6、和CrB的硬质相组成；过渡区由Cr7C3Cr7C3、Cr23C6Cr23C6、CrB、共晶相和固溶体相组成，即靠近涂层的镍基固溶体和靠近基体的呈短棒状定向生长的铁基固溶体；扩散影响区由珠光体含量渐变的珠光体加铁素体组成。三维立体网状织构组织复合涂层的制备方法，其步骤为：（1）金属基材处理：将基材表面用砂轮去除氧化层后，用砂纸打磨至平整光亮，然后清洗去除油污，最后烘干备用；（2）涂层粉末的混制：将镍基合金粉末与碳化钨粉末或镍包石墨粉末分别称量后置于混粉瓶中充分混合均匀；（3）预制层的制备：将粉末用粘接剂调制后均匀涂覆于基材表面，厚度为2-3mm，其中部分添加了WC的复合粉末在涂覆前预先在基材表面涂覆一层厚度为1-2mm的镍基合金粉末作为过渡层；（4）三维织构涂层的烧结：将第（3）步制得的产物自然阴干再烘干，然后将其放入真空碳管烧结炉烧结，在真空环境升温至1050±5℃并保温，随后随炉冷却至150℃出炉空冷至室温，得到具有三维立体网状织构组织复合涂层的产品。以上所述的步骤（1）中，将基材表面用砂轮去处氧化层后，用100、200、300、500、800、1000号砂纸依次打磨至平整光亮，然后分别用丙酮和无水乙醇清洗去除油污，最后烘干备用。以上所述的步骤（2）中，WC与石墨同时作为添加相，其中WC粉末的尺寸小于18μm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维立体网状织构组织复合涂层，其特征是：所述的涂层包括织构组织复合层区（1）、过渡区（2）、扩散影响区（3）；涂层与基体之间形成有效的冶金结合；所述的复合层区（1）中细小的硬质颗粒均匀分布在球形颗粒状合金之间构成三维立体网状织构，织构的球形颗粒平均直径为80‑100μm，颗粒之间的网状织构的宽度为20‑30μm，硬质颗粒的间距约为5‑10μm。

【技术特征摘要】
1.三维立体网状织构组织复合涂层，其特征是：所述的涂层包括织构组织复合层区
（1）、过渡区（2）、扩散影响区（3）；涂层与基体之间形成有效的冶金结合；所述的复合层区
（1）中细小的硬质颗粒均匀分布在球形颗粒状合金之间构成三维立体网状织构，织构的球
形颗粒平均直径为80-100μm，颗粒之间的网状织构的宽度为20-30μm，硬质颗粒的间距约为
5-10μm。
2.根据权利要求1所述的三维立体网状织构组织复合涂层，其特征是：所述的球形区域
主要由镍基固溶体、共晶组织和包括Cr7C3Cr7C3、Cr23C6Cr23C6、和CrB的硬质相组成；过
渡区由Cr7C3Cr7C3、Cr23C6Cr23C6、CrB、共晶相和固溶体相组成，即靠近涂层的镍基固溶
体和靠近基体的呈短棒状定向生长的铁基固溶体；扩散影响区由珠光体含量渐变的珠光体
加铁素体组成。
3.三维立体网状织构组织复合涂层的制备方法，其特征是：其步骤为：
（1）金属基材处理：将基材表面用砂轮去除氧化层后，用砂纸打磨至平整光亮，然后清
洗去除油污，最后烘干备用；
（2）涂层粉末的混制：将镍基合金粉末与碳化钨粉末或镍包石墨粉末分别称量后置于
混粉瓶中充分混合均匀；
（3）预制层的制备：将粉末用粘接剂调制后均匀涂覆于基材表面，厚度为2-3mm，其中部
分添加了WC的复合粉末在涂覆前预先在基材表面涂覆一层厚度为1-2mm的镍基合金粉末作
为过渡层；
（4）三维织构涂层的烧结：将第（3）步制得的产物自然阴干再烘干，然后将其放入真空
碳管烧结炉烧结，在真空环境升温至1050±5℃并保温，随后随炉冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵荣，王建儒，宋文明，王旭升，黄超鹏，马颖，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62