[发明专利]一种低碳钢表面复相涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低碳钢表面复相涂层及其制备方法，该低碳钢表面复相涂层包括下列成分：C:0.11‑0.25%，Si:1.5‑2.3%，Mn:1.7‑2.9%，Cr:1.9‑3.2%，Al：1.2‑2.6%，Nb：0.021‑0.053%，Graphene：0.05‑0.2%，P≤0.01%，S≤0.01%，其余为Fe。制备方法为：首先利用球磨法制备涂层原料且在碳钢表面进行感应熔覆，然后通过渗碳处理后，再经过回火和碳分配处理，得到含有纳米贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织的复相涂层。本发明通过添加石墨烯（Graphene），优化了成分设计，钢表层硬度和耐磨性得到了大幅度提升，扩大了低碳钢的应用。

技术领域

本发明涉及一种低碳钢表面复相涂层及其制备方法，具体涉及一种含有马氏体和残余奥氏体的复相涂层组织及其制备方法，属于金属材料表面处理领域。

背景技术

随着现代工业技术的迅猛发展，在某些特殊环境下大量使用钢铁材料，这就对材料的强度和使用寿命等性能有了更高的要求。提高钢铁材料强度等性能的传统方法主要是通过提高合金化水平来实现的，但高合金化会消耗大量的稀有金属资源，而且其生产工艺复杂需要进行热处理，同时还存在能源消耗高、环境污染严重、材料成本高以及回收再利用困难等一系列问题。因此，必须寻找其他新工艺来提高钢材的性能以适应现代化生产的需要。

低碳钢是一种重要的结构材料，被广泛应用于各种化学、物理等领域。然而，低碳钢本身的性能和缺陷往往不能满足人们的需求，如低碳钢表面活性较高、容易腐蚀、硬度低、耐磨性差等缺陷，很大程度上限制了其在许多有较高要求领域上的应用。为解决这些问题，改善低碳钢的表面性能，科研工作者们采用了各种手段进行表面改性处理，如基体表面覆盖技术、钝化处理、化学转化处理、电沉积等。这些改性的方法基本都是在低碳钢表面制备一层具有特定性质的合金层或复合沉积层。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利 201310383562.4，公开了一种提高低碳钢氮化产品硬度的冷却方法，其特征是：将软氮化后垫片浸入碱水冷却，细化氮化层组织，提高氮化层硬度。根据实验所述碱水的温度为20-60℃，浓度为10%，冷却时间10min时效果最好。该发明不仅提高了表面的压应力，还改善产品氮化层组织，提高了产品的硬度。中国专利201510458883.5，公开一种在低碳钢件表面制备Ni-WC涂层的方法，该发明的特点是在碳钢表面进行喷丸处理后，采用等离子体融化Ni-WC粉末，在材料表面形成厚度为2-5mm的涂层。涂层和基体之间形成了冶金结合，具有很高的显微硬度和优异的抗摩擦磨损性能。检索中还发现，中国专利201310554544.8，公开了一种基于纳米技术在低碳钢表面制备Ni-Cr-Al涂层的方法，在高温H₂还原气氛下，纳米Ni₂O₃被H₂还原生成具有较高的活性的Ni原子。它们部分与纳米Cr发生反应在金属表面生成新Ni-Cr-Al相，该涂层致密度和均匀性都很高，显著提高了低碳钢的耐腐蚀性能、硬度和耐磨性。

虽然以上专利公开了在低碳钢表面提高硬度及耐磨性的一些方法，但是涂层和基体的结合强度还不够好，而且界面存在好多缺陷，表面涂层很容易脱落，没有从根本上解决低碳钢表面性能的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种低碳钢表面复相涂层及其制备方法，主要是在低碳钢表面制备一层强度高、韧性好，含有纳米贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织的复相涂层，在低碳钢表面通过渗碳处理后，再经过回火和碳分配处理，得到高耐磨性能的表面组织。

本发明提供了一种低碳钢表面复相涂层，是含有纳米贝氏体、马氏体和残余奥氏体组织的复相涂层，具体包括下列重量百分比的元素：

C: 0.11-0.25%

Si: 1.5-2.3%

Mn: 1.7-2.9%

Cr: 1.9-3.2%