[发明专利]原位自生三层核壳结构Al2

说明书

原位自生三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB颗粒增强铁基复合涂层及制备，属于激光熔覆技术领域。激光熔覆涂层原材料包括以下质量百分比的粉末：C：2.2～3.4％、B:9.2～10.6％、Cr：12～20％、Si：4～6％、Ni：6～10％、Ti：20～25.1％、Al₂O₃：0.8～1.2％，余量为Fe。采用激光熔覆进行涂层制备；所述原位自生Al₂O₃/TiC/TiB颗粒是三层核壳结构，核心是Al₂O₃，中间层是TiC，外层是TiB。本发明激光熔覆得到的三层核壳结构颗粒增强铁基复合涂层增强颗粒分布均匀、组织细化，硬度较高，具有良好的耐磨性。

技术领域

本发明涉及一种原位自生三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB颗粒增强铁基复合涂层及其制备方法，属于激光熔覆技术领域。

背景技术

金属材料被广泛的应用在各个领域，但因摩擦磨损导致了大量的材料失效，缩短了材料的使用寿命。

近年来，金属基复合材料因综合了陶瓷相的高强度、高硬度、优异的高温稳定性以及金属基体良好的塑韧性而受到了广泛的关注。利用激光熔覆技术制备的金属基陶瓷复合涂层具有高结合强度、高硬度和高耐磨性等优点，可以有效改善金属表面的磨损问题，提高金属材料的使用寿命。

在金属基复合材料中获得增强颗粒的方式主要有两种，一种是直接加入陶瓷粉末，另一种是在基体中原位形成增强颗粒。在后一种方式中，原位反应技术通过自生反应放热，各元素或组元间通过化学反应原位合成陶瓷增强颗粒，这种方式克服了直接加入的陶瓷颗粒与基体间润湿性差、结合力弱、易出现裂纹的缺点，使基体与陶瓷相之间界面干净，且陶瓷相组织均匀细小，涂层性能明显优于前一种方式。

在不同陶瓷强化相中，TiC具有密度低、熔点高、导热性能好、硬度大、强度高、弹性模量高、化学稳定性好、不水解、高温抗氧化性好、耐磨及耐腐蚀等优异的物理化学性能，而且在形成TiC的过程中自由能低、容易合成并且TiC组织在基体中多以弥散分布形式析出，增强相和基体间有很高的界面结合强度，裂纹倾向小，在制备铁基复合材料涂层方面得到了良好应用。TiB具有较高的熔点，优良的化学稳定性以及高的硬度，成为了金属陶瓷及金属基复合材料中非常重要的增强相。

TiC和TiB匹配使用带来的增强效果及其良好的高温性能使得TiC-TiB成为了陶瓷复合材料的研究热点，有研究表明，利用TiC+TiB双相增强的金属陶瓷比单一陶瓷相增强时具有更高的耐磨性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位自生三层核壳结构Al₂O_3/TiC/TiB颗粒增强耐磨涂层及其制备方法，本发明制备的涂层增强相分布均匀，组织细小，具有硬度高、耐磨性能优良的特点，可进一步有效改善金属基体的耐磨损性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供了一种原位自生三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB颗粒增强铁基复合涂层，所述涂层含有原位自生的三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB陶瓷颗粒，所述原位自生三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB陶瓷颗粒核心是Al₂O₃，中间层是TiC，外层是TiB；其中，所述Al₂O₃颗粒的直径为40-90nm，中间层TiC的厚度为300-500nm，外层TiB的厚度150-300nm。

作为本发明的进一步优化方案，所述原位自生三层核壳结构Al₂O₃/TiC/TiB颗粒是使用预先配置好的复合粉末，通过同轴送粉激光熔覆方式原位自生的。