[发明专利]一种碳化钒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钒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，向金属基体表面送钒铁粉，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钒涂层。涂层包括颗粒状、短棒状碳化物与基体的复合区，还可进一步包括颗粒状、菊花状碳化物与基体的复合区，颗粒状二次碳化物与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的铁素体区，且依次呈梯度分布，可被施加于金属基体表面。本发明通过激光熔覆得到金属基体与钒复合体，外引入外碳源，并加热、保温，在金属基体表面形成碳化物涂层，涂层与基体之间为冶金结合，结合力强，大幅度提高了金属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。其中，钒的碳化物熔点和硬度都较高，且其与铁的相容性较好，是理想的耐磨涂层组分。钒的碳化物有多种，常见的有V₈C₇、V₂C、VC等，现有的涂层或者复合材料中均以V₈C₇或VC为主要耐磨相组分，显然如果能获得V₈C₇或VC碳化物相的涂层，其耐磨性应该优于其余钒的碳化物。

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

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的梯度复合耐磨碳化钒涂层，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钒涂层的制备方法。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钒涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括颗粒状碳化钒V₈C₇、短棒状碳化钒V₂C与基体的复合区；第二涂层包括颗粒状碳化钒V₈C₇、菊花状碳化钒V₄C₃与基体的复合区；第三涂层包括颗粒状碳化钒V₈C₇与基体的复合区以及含碳量和含钒量较少的基体区，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34-68.32μm，颗粒状碳化钒V₈C₇和短棒状碳化钒V₂C占所述第一涂层体积的50-70％，晶粒尺寸为1-3μm。