一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，涉及金属表面处理技术领域。本发明专利技术公开的一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法包括：将金属基材料表面进行预处理，然后在氮气气氛下，加入到含有共渗剂的复合硼酸盐中，保温，即得覆有多元复合涂层的金属基材料；其中，复合硼酸盐是由三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠复配而成。本发明专利技术的覆层金属基材料具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗拉伤性、高硬度和高强度，制备过程中复合硼酸盐的流动性好，熔点较低，分解的产物不易腐蚀设备，覆层均匀，且覆层与金属基的结合力强，提高了金属基材料的合格率，延长了金属基材料的使用寿命，节约了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法
本专利技术属于金属表面处理
，尤其涉及一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法。
技术介绍
随着金属加工业、铁路制造业、汽车、航天航空等行业的飞速发展，对生产各种金属制品的质量要求也越来越高，然而金属制品在长期使用过程中,在外界环境的影响下易发生摩擦磨损、氧化腐蚀、疲劳断裂等失效形式，从而影响金属基材的使用寿命，造成了金属材料的大量浪费。表面是金属材料及其制品与环境的界面，表面工程技术是通过改变基体材料表面的化学成分或者采用某些工艺改变基体表面的组织结构并获得相应的耐磨、耐腐蚀、抗拉伤、高强度等性能，以提高基体表面性能，也可使普通、廉价的金属材料具有特殊的性能，不仅可以提高金属基材的使用寿命，还可提高劳动生产率，降低生产成本。为了满足日益快速发展的对金属材料表面特殊性能的高要求，现已开发了许多表面处理的新方法，其中广泛应用的金属表面强化处理技术有气相沉积、激光表面强化、电子束表面强化、热喷涂和化学热处理等方法。气相沉积技术包括化学气相沉积和物理气相沉积，该技术能获得高硬度、高熔点的覆膜，但不能局部涂覆，运行成本高且污染环境，不适宜大批量工业化。激光表面强化是在短时间内激光能源被处理表面吸收而产生高度，而后迅速冷却，以达到表面强化的目的，该种强化方法变形小，能局部合金化处理，使表面很快具有高硬度、高耐磨性和优良的耐腐蚀性，但激光器受功率限制，且价格昂贵，只能取代部分热处理方式。电子束表面强化方法与激光表面强化相似，除了热源不同，其是采用电子束来处理的，该强化技术用于局部表面改性，变形小，表面具有高硬度、高耐磨性和优良的耐腐蚀性，但强化处理是在真空室中完成，不能工业化，灵活性较差，且设备和成本较昂贵。热喷涂是将固体材料加热融化或软化并加速，喷射到基体表面而形成特制涂层，但该涂层与基体的结合强度低，涂层的空隙率较高，涂层均匀性较差。化学热处理是利用元素的扩散，使合金元素渗入到金属表层一种热处理技术，常有渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗以及TD处理技术等。渗碳耐磨性不够；渗氮层生产周期长，氮化层薄，不适合高应力及冲击负荷下的应用；渗硼层致密性不好，不连续，冲击和疲劳性能不理想，工作时易剥落。其中TD处理技术是用熔盐浸渍法、电解法及粉末法进行扩散表面硬化处理的总称，应用最多的是用熔盐浸渍法在金属表面形成VC、NbC、VB、Fe2B等超硬覆层技术，是一种优异的表面改性技术，其处理所得的膜层具有优异的耐磨损耐腐蚀和高硬度，寿命大大提高。然而现有的TD处理技术更适合于含碳量高于0.3％以上的钢材，对于低碳量钢材的表面改性效果不好。TD处理技术属于高温处理，一般是900-1050℃，且浸渍时间较长，这样易造成金属基材变形或开裂，合格率较低。目前TD处理技术常用的熔盐为硼砂基盐，熔点较高，流动性差，易导致渗层不均匀，影响使用效果；其在高温下分解，分解产物具有强腐蚀性，易腐蚀设备和夹具，残渣难清理等，因此，在实际应用过程中很难大规模使用。为此，有待开发一种熔盐组分流动性好、覆层均匀、覆层结合力强、高耐磨耐腐蚀、高硬度的金属基材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，该方法制备的覆层金属基材料具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗拉伤性、高硬度和高强度，金属基材料覆层制备过程中复合硼酸盐的流动性好，熔点较低，分解的产物不易腐蚀设备，覆层均匀，且覆层与金属基的结合力强，提高了金属基材料的合格率，延长了金属基材料的使用寿命，节约了生产成本。为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)金属基材料预处理：将金属基材料表面清洗干净，打磨，溶剂清洗，然后将其置于100-120℃下0.5-3h。(2)在氮气气氛下，将预处理后的金属基材料加入到600-720℃下的复合硼酸盐中，保温1-3h，然后将复合硼酸盐的温度升至780-900℃，保温2-5h，即得覆有多元复合涂层的金属基材料。其中，所述复合硼酸盐中含有共渗剂。所述复合硼酸盐是由三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠复配而成。所述共渗剂的组分为：五氧化二钒、碳化硼、铬粉、氧化钇、还原剂和活化剂，所述还原剂为铝粉和钛粉，所述活化剂为氯化铵和氯化镍。进一步的，所述多元复合涂层是以硼钒铬为主要成分的涂层。进一步的，所述复合硼酸盐和共渗剂的质量比为(2.5-4.1)：1。进一步的，所述复合硼酸盐是由以下质量百分比的原料组成：三氧化二硼20-40％、硼酸锌30-50％和硼酸钠10-30％。进一步的，所述复合硼酸盐为三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠以质量比为3:4:3复配而成。进一步的，所述共渗剂是由以下质量百分比的原料组成：五氧化二钒15-25％、碳化硼15-20％、铬粉10-16％、氧化钇10-15％、还原剂6-12％和活化剂23-30％。进一步的，所述还原剂为铝粉和钛粉以质量比为(1-2):(0.2-0.5)复配而成。进一步的，所述活化剂为氯化铵和氯化镍以质量比为4:1混合而成。进一步的，所述复合硼酸盐和共渗剂在使用前，先进行预处理，预处理过程为在120-140℃下烘干3-4h。一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，进一步包括：在步骤(2)金属基材料覆有多元复合涂层后，取出，自然冷却，然后用含醋酸沸水进行清洗，用水或油进行淬火，最后在200-600℃下进行回火处理，即得所需覆层的金属基材料。本专利技术取得了以下有益效果：1、本专利技术的复合硼酸盐是采用三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠复配而成，该复合硼酸盐的熔点较低，使金属基材料在900℃以下能达到优良的覆层效果，并且保温时间较短，节约了能源；该复合硼酸盐的流动性较好，能使共渗剂在该熔盐中分散均匀，从而使覆层中组分在金属基材料表面分布均匀，具有高硬度、高耐磨耐腐蚀性、抗拉伤性等优异性能，大大延长了金属基材料的使用寿命；硼酸锌在还原剂的作用下，还原成锌原子并渗入金属基表面与金属基体结合，使覆层中含锌，使覆层具有优异的耐腐蚀性能；该复合硼酸盐高温下分解，分解残留的产物较少，不易腐蚀设备和夹具，有效地延长了盐浴设备的使用寿命，降低了能源的损耗。2、本专利技术共渗剂中的五氧化二钒、铬粉和氮化硼在还原剂和活化剂的作用下，为覆层提供钒、铬和硼元素，使其在高温作用下与碳、铁元素形成碳化物或合金基体，提高了覆层与金属基体的结合力，并形成了致密的涂层，该种复合的共渗剂具有渗速快，涂层后的特点，能节约保温时间，降低生产成本，也提高了覆层的抗拉伤性、耐磨性、耐腐蚀性和硬度。3、本专利技术的氧化钇的加入提高了金属基体与覆层之间的结合力，并使共渗剂的渗速大幅度提高，其渗入到覆层中，提高了覆层的耐磨性和硬度，降低了覆层的脆性，提高了覆层的厚度。本专利技术使用钛粉作为还原剂，其在高温下化学活性较大，易与金属基体中的碳发生反应，提高了覆层与金属基体间的结合力；钛也易与Al、N等反应，从而提高了覆层的硬度和强度。本专利技术使用两种不同活化机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n(1)金属基材料预处理：将金属基材料表面清洗干净，打磨，溶剂清洗，然后将其置于100-120℃下0.5-3h；/n(2)在氮气气氛下，将预处理后的金属基材料加入到600-720℃下的复合硼酸盐中，保温1-3h，然后将复合硼酸盐的温度升至780-900℃，保温2-5h，即得覆有多元复合涂层的金属基材料；其中，所述复合硼酸盐中含有共渗剂；/n所述复合硼酸盐是由三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠复配而成；/n所述共渗剂的组分为：五氧化二钒、碳化硼、铬粉、氧化钇、还原剂和活化剂，所述还原剂为铝粉和钛粉，所述活化剂为氯化铵和氯化镍。/n

【技术特征摘要】
1.一种覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)金属基材料预处理：将金属基材料表面清洗干净，打磨，溶剂清洗，然后将其置于100-120℃下0.5-3h；
(2)在氮气气氛下，将预处理后的金属基材料加入到600-720℃下的复合硼酸盐中，保温1-3h，然后将复合硼酸盐的温度升至780-900℃，保温2-5h，即得覆有多元复合涂层的金属基材料；其中，所述复合硼酸盐中含有共渗剂；
所述复合硼酸盐是由三氧化二硼、硼酸锌和硼酸钠复配而成；
所述共渗剂的组分为：五氧化二钒、碳化硼、铬粉、氧化钇、还原剂和活化剂，所述还原剂为铝粉和钛粉，所述活化剂为氯化铵和氯化镍。


2.根据权利要求1所述的覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，其特征在于，所述多元复合涂层是以硼钒铬为主要成分的涂层。


3.根据权利要求1所述的覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，其特征在于，所述复合硼酸盐和共渗剂的质量比为(2.5-4.1)：1。


4.根据权利要求1所述的覆有多元复合涂层的金属基材料的制备方法，其特征在于，所述复合硼酸盐是由以下质量百分比的原料组成：三氧化二硼20-40％、硼酸锌30-50％和硼酸钠10-30％。


5.根据权利要求1所述的覆有多元复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭智虎，
申请(专利权)人：长沙特耐金属材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43