[发明专利]一种碳化铌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铌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，向金属基体表面送铌铁粉，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铌涂层。涂层包括致密的微纳米及微米NbC层及呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层，呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层依次呈梯度分布。可被施加于金属基体表面。本发明通过激光熔覆得到的金属基体与铌铁复合体，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，结合力很强，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。铌为强碳化物形成元素，金属铌与碳发生原位反应可以生成不同种类的碳化铌，固溶于奥氏体中的Nb元素则与基体中的C元素结合，形成碳化铌第二相增强颗粒，均匀分布于奥氏体晶内或晶界，对金属基体具有弥散强化、抵抗形变的作用。在低碳钢或低碳合金钢中加入适量的Nb元素，NbC可以改善其综合性能，尤其在耐磨性方面，此种材料有望用于制造具备良好减磨性和抗磨性的铸件。

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，NbC颗粒较容易出现团聚现象等不足，压坯致密度达不到要求，严重影响材料的质量。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。

激光熔覆技术是通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束将具有特殊性能的合金与基体表面薄层一起熔化，在表面形成与基体成分和性能完全不同的具有良好冶金结合特点的表面复合覆层的一种方法。激光熔覆技术具有成分可调、操作简单、工艺灵活等优点，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梯度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铌涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括致密的纳米NbC；第二涂层包括致密的微纳米及微米NbC；第三涂层包括呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒，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，所述第一涂层其平均厚度平均为18.55-60μm，其中致密的纳米NbC占所述第一涂层体积的80.5％-90％，晶粒尺寸为100-500nm。

优选的，所述第二涂层其平均厚度为29-110μm，其中致密的微纳米及微米NbC所述第一涂层体积的54-65％，颗粒尺寸为1-3μm。

优选的，所述第三涂层的平均厚度为200-633.9μm，其中近球形和立方形的NbC颗粒占所述第三涂层体积的40-60％，晶粒尺寸为3-5μm。