[发明专利]一种碳化钨梯度复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化钨梯度复合涂层及其制备方法，将金属基体表面处理，配制增碳剂，在表面涂覆增碳剂和保温涂层，表层增碳，向金属基体表面送钨铁粉，预干燥激光扫描，多道搭接熔覆，保温，随炉冷却，得金属基体表面的复合耐磨碳化钨涂层。涂层为碳化钨致密陶瓷层，可被施加于低碳钢或低碳合金钢基体表面。通过激光熔覆得到的低碳钢或低碳合金钢基体与钨铁粉的复合体，通过加热、保温，从而在低碳钢或低碳合金钢基体表面形成碳化物涂层，涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，大幅度提高了低碳钢或低碳合金钢基体表面的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层及其制备方法，尤其涉及一种复合耐磨碳化物涂层及其制备方法，具体涉及一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的复合耐磨碳化物涂层及其制备方法。

背景技术

碳化物具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。钨为强碳化物形成元素，金属钨与碳发生原位反应可以生成不同种类的碳化，WC具有高熔点(2870℃)、高硬度(显微硬度为17800MPa)及良好的稳定性，同时，碳化钨颗粒与钢铁液完全润湿(润湿角为零)，与其他金属陶瓷颗粒(如碳化钛)相比更易于获得，是钢铁基表面复合材料的理想增强相。

目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。因此如何获得碳化物涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。

激光熔覆技术是利用高能密度激光束所产生的局部高温将两种或两种以上金属界面瞬间熔化，熔覆材料与基体表面试样冶金结合，形成性能与基体相比更加优良的涂层，从而达到节省贵金属同时提高材料表面性能的目的。激光熔覆后，合金粉末和基材表面之间形成冶金结合涂层，其综合性能优越。但在熔覆过程中，还存在以下问题亟需解决：(1)由于熔覆涂层与基体之间的温度梯度较大，且合金粉末与基体材料之间的性能差异较大，熔覆涂层容易产生裂纹、气孔等缺陷，所以熔覆合金粉末中各种合金元素的种类和含量需严格控制；(2)反应层厚度较薄，不能很好地满足使用要求；(3)由于整个反应瞬间完成，反应层厚度无法控制。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术所存在的缺陷，提供一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的复合耐磨碳化物涂层，并且提供一种反应层厚度可控的，用于获得上述复合耐磨碳化物涂层的制备方法。该涂层厚度可控，密度较高，化学稳定性及耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种梯度复合涂层，梯度复合涂层为碳化钨涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括碳化钨致密层；第二涂层包括碳化钨颗粒局部团聚区及碳化钨颗粒梯度分散区；且所述第一涂层、所述第二涂层和所述第三涂层依次呈梯度分布。

优选的，所述第一涂层的平均厚度为50-150μm，其中碳化钨致密层占所述第一涂层体积的80-100％。

优选的，所述第二涂层的平均厚度为30-100μm，其中碳化钨颗粒局部团聚区占所述第二涂层体积的50-80％。

优选的，所述第三涂层的平均厚度为20-70μm，其中碳化钨颗粒梯度分散区占所述第三涂层体积的30-60％。

优选的，梯度复合涂层总厚度为100-320μm。

优选的，所述基体为低碳钢或低碳合金钢。

本发明相应地给出了一种制备梯度复合涂层的方法，包括如下步骤：

1)将基体表面酸洗后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮酮超声清洗；所述基体为低碳钢或低碳合金钢；