[发明专利]一种列车车轴的耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种列车车轴的耐磨涂层及其制备方法，所述耐磨涂层采用的熔覆材料包括如下组分(质量百分比)：硼铁粉20～25％，硅铁粉12～20％，锰铁粉3～7％，钼铁粉2～4％，钛铁粉2～3％，纯Co粉10～14％，稀土粉末0.1～2％，纯铁粉30～45％，WC颗粒0.2～0.5％。制备方法包括三个步骤：激光熔覆、热处理、急冷处理。本发明制得的车轴的涂层的耐磨性大大提高。

技术领域

本发明涉及一种列车车轴的耐磨涂层及其制备方法，属于激光熔覆制备耐磨涂层的制造领域。

发明背景

激光熔凝过程是快速冷却的过程，金属材料组织不仅继承了原始奥氏体中的缺陷还会形成较多的缺陷，熔凝层组织内存在大量的晶界、位错等微观亚结构，从而减缓了再结晶过程、细化了亚结构，提高了位错密度和晶格中的应力，加强了硬化效果。由于激光熔凝处理时的能量密度较大，在激光的快速加热和快速冷却过程中，基体中的一次碳化物及网状的脆性碳化物充分溶解，冷却时碳和合金元素来不及析出，固溶于奥氏体中，其固溶度明显高于常规热处理组织。同时基体中的强碳化物形成元素Cr、Mo等可以提高α相的形核功和转变激活能，增加了γ相中的原子间结合力，从而使γ-Fe的自扩散激活能提高，增加了奥氏体的稳定性。其次，奥氏体中固溶的碳及合金元素是强碳化物形成元素，与碳原子的结合力较强，阻碍了碳的扩散、碳化物的析出及长大，可以提高奥氏体的分解温度，与传统的硬化技术相比，激光熔凝过程不需要使用外部冷却液，而且激光熔凝的温度循环时间一般为几百微秒到几秒，利用激光熔凝技术可以在钢件或零部件的表面形成较硬的耐磨层，这种技术特别适合尺寸较小、几何形状复杂的零部件的表面硬化。例如：CN103302287A公开了一种用于耐磨耐蚀涂层的铁基粉末及制备方法，各元素重量比组成：Fe_aCr_bNi_cSi_dB_eMn_fC_gMo_hNb_iCu_jCo_kRe_l，该粉末按不同比例球磨混合，之后利用激光熔覆或热喷涂工艺在基材表面形成铁基涂层；CN104313531A采用等离子体喷涂工艺制备了铁基涂层，能提高锅炉管束的耐蚀耐磨及高温性能；CN103668177A利用Cr、Al、Cu、Ni粉末辅以激光熔覆方法，在碳钢表面得到涂层，大幅度提高了碳钢表面硬度、耐磨耐蚀性等。热处理的作用主要是针对非平衡加工工艺制备的涂层进行残余应力的消除和晶粒的改善。淬火是针对耐磨材料的表面进行的工艺。但现有技术制备的涂层存在涂层与基体结合不紧密，涂层耐磨性能不好的缺陷。

发明内容

本发明目的在于提供一种由铁基合金粉末采用激光加工制备出的非晶涂层(耐磨涂层)，车轴的涂层性能优异且结合紧密。

本发明所述车轴的耐磨涂层采用的熔覆材料包括如下组分(质量百分比)：硼铁粉20～25％，硅铁粉12～20％，锰铁粉3～7％，钼铁粉2～4％，钛铁粉2～3％，纯Co粉10～14％，稀土粉末0.1～2％，纯铁粉30～45％，WC颗粒0.2～0.5％。

所述耐磨涂层制备方法包括以下步骤：

(1)激光熔覆：打磨基体表面，喷砂处理至粗糙度Ra 2.5-5.0μm，再用无水乙醇清洁晾干；用球磨机研磨熔覆材料，过200目筛，于50～100℃干燥2h；在基体上利用激光加工仪器对熔覆材料进行激光熔覆，得到涂层。激光加工参数：CO₂气体激光器，激光波长：10.6μm，激光束输出功率：3～5kW，扫描速度200～400mm·min^-1，光斑直径：2.5～4mm，正离焦量：20～60mm；

(2)热处理：将步骤(1)制得的涂层在400～650℃进行真空热处理；