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一种等离子束表面熔覆TiN增强高熵合金涂层的方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-01-04
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-06-29
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2019-11-05
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-01-04
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810008865.0 申请日 2018-01-04
公开/公告号 CN108118337B 公开/公告日 2019-11-05
授权日 2019-11-05 预估到期日 2038-01-04
申请年 2018年 公开/公告年 2019年
缴费截止日
分类号 C23C24/10B22F1/00 主分类号 C23C24/10
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 2 从权数量 1
权利要求数量 3 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 5 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 苏州科技大学 当前专利权人 苏州科技大学
发明人 卢金斌、刘威、殷振、吴永忠、朱其新、汪帮富、蒋全胜 第一发明人 卢金斌
地址 江苏省苏州市高新区科锐路1号 邮编 215009
申请人数量 1 发明人数量 7
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省苏州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种等离子熔覆TiN增强高熵合金耐磨复合涂层的方法,在低碳钢表面采用等离子束氩气保护下加热熔覆一定比例的Fe‑Cr‑B‑Si、Ni‑Cr‑B‑Si、Co‑Cr‑B‑Si、Cu、TiN组成的混合粉末,由于组成元素为五元以上,在熔覆过程中具有高熵合金的迟滞效应,初生Cr7C3具有晶粒细小的特点,最后在钢基体表面形成了由TiC、Cr7C3增强的CoCrCuFeNi高熵合金涂层。
  • 摘要附图
    一种等离子束表面熔覆TiN增强高熵合金涂层的方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2019-11-05 授权
2 2018-06-29 实质审查的生效 IPC(主分类): C23C 24/10 专利申请号: 201810008865.0 申请日: 2018.01.04
3 2018-06-05 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种等离子束表面熔覆TiN增强高熵合金涂层的方法,其特征在于,所述的制作方法包括下述工艺步骤:
步骤一、选取将要强化的低碳钢表面作为基体,对零件的待强化表面进行预处理,用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈,用酒精或丙酮清除零部件表面的油污;
步骤二、将Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN按一定比例组成混合粉末,其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Ni;
~ ~ ~ ~
Fe-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Fe;
~ ~ ~ ~
Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Co;Cu~ ~ ~ ~
粉的纯度高于99.5%;TiN粉的纯度高于99%;混合粉Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN的质量百分比为:10 12:25 28:25 28:25 28:8 10;并用球磨机进行球磨混合,所用~ ~ ~ ~ ~
粉末粒径在30-300μm;
步骤三、将混合粉与压敏胶按一定比例混合制成待熔覆粉,将其涂覆到钢基体表面,熔覆工艺参数设置为:氩气作为保护气及电离气体,熔覆参数电流为100-160 A,工作电压20-
40 V,扫描速度为3-6 mm/s,氩气作为保护气的流量为0.9 1.5m3/h,氩气作为电离的流量~
为0.7 1.3m3/h,喷嘴距待处理表面的距离为0.7 1.3cm;涂覆厚度为0.8 1.2cm,并烘干;
~ ~ ~
步骤四、采用等离子束对熔覆粉加热进行熔覆,冷却后即为耐磨涂层。

2.根据权利要求1所述的一种等离子束表面熔覆TiN增强高熵合金涂层的方法,其特征在于:所述的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为
2.5-3.2∶1,密封后打开真空阀抽真空20 30分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为260~ ~
300 r/min,倒向频率 30 45 Hz,进行球磨混料时间为60 80分钟。
~ ~

3.根据权利要求1所述的一种等离子束表面熔覆TiN增强高熵合金涂层的方法,其特征在于:所述的烘干工艺为:在100~120℃烘干1.5~2h。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于高能束表面处理领域,特别涉及采用等离子熔覆制备耐磨复合涂层的方法。

背景技术

[0002] 在机械、航空航天、纺织、汽车、地质勘探等工业中,大量零部件处在摩擦磨损条件下,为提高其耐磨性,通常采用表面改性或制备涂层的方法,并对涂层耐磨性能的要求越来越高。其中Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等为常用的热喷涂或熔覆合金材料,其增强相为(Cr, Fe)7C3,其耐磨性、工艺性等较好。TiN氮化物作为另一种涂层常用增强相,通过高能束熔覆方法添加到涂层中,用于制备耐磨涂层。另外,高熵合金为由五个以上的元素组元按照等原子比或接近于等原子比合金化的合金,具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能,如高硬度、高韧性、高耐磨耐腐蚀性、高强度等,特别适合于制备涂层,并成为在材料科学一个新的研究热点。但目前大多高熵合金涂层的制备采用单质金属粉,其中部分单质金属粉如Ni(1455℃)、Co(1495℃)、Cr(1855℃)的熔点高,单质金属粉间熔点差异大(Cu的熔点1083℃),因此常导致涂层薄且不均匀的缺点。等离子束是一种电弧能量高度集中低成本的高能束,通过将电弧机械压缩,弧柱温度可达10000-24000K,并且对待熔覆的基体有一定的 “挖掘”作用,有利于涂层的均匀,但同时也会熔化部分钢基体导致稀释原先的涂层成分。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的问题是采用单质金属粉制备高熵合金涂层在熔覆过程中存在部分单质金属粉熔点较高不好熔化或熔化不充分,另外,各单质金属粉间熔点差异大易导致涂层成分不均匀。考虑到钢基体的成分主要是Fe,在熔覆过程中会因钢基体的熔化导致涂层的稀释,因此添加的Fe-Cr-B-Si为其余元素的50%原子比,而单质Cu的熔点较低,采用单质金属Cu较为合适。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的制作方法包括下述工艺步骤:
[0005] 步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体,对零件的待强化表面进行预处理,用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈,用酒精或丙酮清除零部件表面的油污。
[0006] 步骤二、将Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN按一定比例组成混合粉末,所用粉末粒径在30-300μm;其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Ni;Fe-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Fe;Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Co;Cu粉的纯度高于99.5%;TiN粉的纯度高于99%;混合粉Fe-~ ~
Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN的质量百分比为:10 12:25 28:25 28:25 28:8~ ~ ~ ~ ~
10。并用球磨机进行球磨混合,采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为2.5-3.2∶1,密封后打开真空阀抽真空20 30分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为 ~
260 300 r/min,倒向频率 30 45 Hz,进行球磨混料时间为60 80分钟。
~ ~ ~
[0007] 步骤三、将混合粉与压敏胶按一定比例混合制成待熔覆粉,将其涂覆到钢基体表面,涂覆厚度为1 1.3cm,并在100 ~ 120℃烘干1.5 2h。~ ~
[0008] 步骤四、采用等离子束对熔覆粉加热进行熔覆,工艺参数设置为:氩气作为保护气及电离气体,熔覆参数电流为100-160 A,工作电压20-40 V,扫描速度为3-6 mm/s,氩气作为保护气的流量为0.9 1.5m3/h,氩气作为电离的流量为0.7 1.3m3/h,喷嘴距待处理表面的~ ~距离为0.7 1.3cm。
~
[0009] 本发明的有益效果:
[0010] (1)本发明的工艺方法采用高熵合金作为耐磨涂层的基体,能够充分利用其特有的扩散速度慢、对成分变化不敏感的特性,使涂层具有更高的韧性、强度、耐磨性。
[0011] (2)本发明使用的是原先常用的Ni-Cr-B-Si、Fe-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si等合金化金属粉,具有熔点低、成分均匀,且成本低的优点。
[0012] (3)本发明增强相主要有 (Cr, Fe)7C3、TiN两种,由于高熵合金固有的迟滞扩散效应,使得熔覆过程中初生(Cr, Fe)7C3的尺寸降低,有利于耐磨性的提高,而添加的TiN进一步细化了晶粒,提高了涂层的耐磨性。

实施方案

[0013] 实施例1:步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体,对零件的待强化表面进行预处理,用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈,用酒精或丙酮清除零部件表面的油污;
[0014] 步骤二、将Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN按一定比例组成混合粉末,所用粉末粒径在30-300μm;其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Ni;Fe-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Fe;Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Co;Cu粉的纯度高于99.5%;TiN粉的纯度高于99%;混合粉Fe-~ ~
Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN的质量百分比为:10:28:28:25:9。并用球磨机进行球磨混合,采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为2.5∶1,密封后打开真空阀抽真空30分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为 260 r/min,倒向频率45 Hz,进行球磨混料时间为80分钟。
[0015] 步骤三、将混合粉与压敏胶按一定比例混合制成待熔覆粉,将其涂覆到钢基体表面,涂覆厚度为1.3cm,并在120℃烘干2h。
[0016] 步骤四、采用等离子束对熔覆粉加热进行熔覆,工艺参数设置为:氩气作为保护气及电离气体,熔覆参数电流为160 A,工作电压40 V,扫描速度为3 mm/s,氩气作为保护气的3 3
流量为1.2m/h,氩气作为电离的流量为1.3m/h,喷嘴距待处理表面的距离为1 cm。
[0017] 经实验表明,等离子熔覆涂层形貌光滑、基本无气孔、裂纹等缺陷,涂层厚度大约为580μm,涂层组织晶粒细小、成分均匀的树枝晶组织,TiN主要弥散分布于树枝晶间组织,其物相主要为FCC1和FCC2。涂层的耐磨性为Q235钢的4.5倍。
[0018] 实施例2:
[0019] 步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体,对零件的待强化表面进行预处理,用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈,用酒精或丙酮清除零部件表面的油污;
[0020] 步骤二、将Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN按一定比例组成混合粉末,所用粉末粒径在30-300μm;其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Ni;Fe-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Fe;Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,~ ~ ~ ~
Si:3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Co;Cu粉的纯度高于99.5%;TiN粉的纯度高于99%;混合粉Fe-~ ~
Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN的质量百分比为:12:25:28:25:10。并用球磨机进行球磨混合,采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3.2∶1,密封后打开真空阀抽真空20分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为 260 300 r/min,倒向频~
率 30 Hz,进行球磨混料时间为60分钟。
[0021] 步骤三、将混合粉与压敏胶按一定比例混合制成待熔覆粉,将其涂覆到钢基体表面,涂覆厚度为1cm,并在100℃烘干1.5。
[0022] 步骤四、采用等离子束对熔覆粉加热进行熔覆,工艺参数设置为:氩气作为保护气及电离气体,熔覆参数电流为100 A,工作电压20 V,扫描速度为3mm/s,氩气作为保护气的流量为0.9m3/h,氩气作为电离的流量为0.7m3/h,喷嘴距待处理表面的距离为0.7cm。
[0023] 经实验表明,等离子熔覆涂层形貌光滑、基本无气孔、裂纹等缺陷,涂层厚度大约为470μm,组织为晶粒细小、成分均匀,TiN弥散分布的树枝晶组织,其物相主要为FCC1和FCC2。涂层的耐磨性为Q235钢的4.3倍。
[0024] 实施例3:
[0025] 步骤一、选取将要强化的低碳钢作为基体,对零件的待强化表面进行预处理,用砂轮或砂纸打磨待加工零部件的表面除锈,用酒精或丙酮清除零部件表面的油污;
[0026] 步骤二、将Fe-Cr-B-Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN按一定比例组成混合粉末,所用粉末粒径在30-300μm;其中Ni-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:17,B:2.5 4.5,Si:~
3 4.5,C:0.6 1.0,其余为Ni;Fe-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,Si:3~ ~ ~ ~ ~
4.5,C:0.6 1.0,其余为Fe;Co-Cr-B-Si成分的质量百分比为Cr:14 17,B:2.5 4.5,Si:3~ ~ ~ ~
4.5,C:0.6 1.0,其余为Co;Cu粉的纯度高于99.5%;TiN粉的纯度高于99%;混合粉Fe-Cr-B-~
Si、Ni-Cr-B-Si、Co-Cr-B-Si、Cu、TiN的质量百分比为:12:28:25:25:10。并用球磨机进行球磨混合,采用钢制球磨罐进行球磨混合,其中的磨球与金属粉质量比为3∶1,密封后打开真空阀抽真空25分钟,将球磨罐放入行星式球磨机,转速为 280 r/min,倒向频率40 Hz,进行球磨混料时间为70分钟。
[0027] 步骤三、将混合粉与压敏胶按一定比例混合制成待熔覆粉,将其涂覆到钢基体表面,涂覆厚度为1.2cm,并在100℃烘干1.5。
[0028] 步骤四、采用等离子束对熔覆粉加热进行熔覆,工艺参数设置为:氩气作为保护气及电离气体,熔覆参数电流为140 A,工作电压30 V,扫描速度为4.5 mm/s,氩气作为保护气的流量为1.2m3/h,氩气作为电离的流量为1.2m3/h,喷嘴距待处理表面的距离为1.2cm。
[0029] 经实验表明,等离子熔覆涂层形貌光滑、基本无气孔、裂纹等缺陷,涂层厚度大约为630μm,与钢基体呈冶金结合,组织为晶粒细小、成分均匀,TiN弥散分布的树枝晶组织,其物相主要为FCC1和FCC2。涂层的耐磨性为Q235钢的4.7倍。
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