[发明专利]一种含金刚石的超耐磨镍基复合材料及制备方法

说明书

本发明的一种含金刚石的超耐磨镍基复合材料及制备方法属于硬质材料制备的技术领域。所述含金刚石的超耐磨镍基复合材料，是由表面镀Cr金刚石微粉、Ni‑Cr‑B‑Si粉末、粘接剂构成的80～100目复合颗粒材料；制备方法包括金刚石表面镀Cr、配料、造粒等步骤。本发明将金刚石作为耐磨/耐蚀添加相而应用于装备部件的耐磨焊接涂层领域，可以有效提高涂层硬度，弥补传统硬面材料的不足，显著提高装备部件的耐磨性和使用寿命，极大的拓宽金刚石的应用领域，具有巨大的市场应用潜力和发展前景。

技术领域

本发明属于硬质材料制备的技术领域，具体涉及一种以气雾化Ni-Cr-B-Si合金粉末为基础母粉，以镀Cr金刚石为超硬添加相制备耐磨耐蚀复合功能粉体，采用激光熔覆技术将涂敷于钢铁部件表面的复合功能粉体熔融而制备超耐磨耐蚀的硬质涂层。

背景技术

表面磨损是机械零部件损伤失效的重要原因之一，特别是在恶劣工况条件下运行的机械零部件，如采矿设备、石油钻具、地质勘探设备、水泥装备、造纸设备等领域中的关键耐磨部件，常常因零件磨损破坏而导致运转失灵乃至失效报废。我国是全球制造业大国，对于机械部件表面耐磨性的提高有着更迫切的需求。目前，提高机械零部件耐磨性的常用技术方法主要有：1)通过成分与组织的设计调控来提高部件基体自身的耐磨性；2)采用表面堆焊等多种工艺方法在部件表面涂覆一层耐磨硬质涂层。现行的钢铁零部件的耐磨硬化调控主要是依靠在材料组织中通过冶金反应形成硬质碳化物或添加硬质陶瓷颗粒等技术手段在部件内部或表面形成硬质耐磨相，可以在很大程度上提高部件的表面耐磨性。但尽管如此，随着工业机械化水平的不断提高，对部件的耐磨使用寿命要求也越来越高，现行材料的耐磨性仍无法满足快速发展的机械工程需求。因而，如何克服现有材料的不足，开发新的耐磨涂层材料，并采用合适的涂层制备技术在部件表面获取具有超耐磨特性的硬质涂层，从而有效提升装备零部件的耐磨性，一直是材料工程领域中的一个重要研究课题。堆焊是一种广泛应用的工件表面硬化处理技术，具备加工时间短、结合强度高、耐磨性高、耐冲击性能好等优点。目前常采用堆焊硬质合金、碳化物以及陶瓷的硬质材料提升零件表面的耐磨损性质。Ni-Cr-B-Si是目前焊接涂层领域中常用的金属材料，其具备自熔性好、熔点低、结渣性能好等优点，广泛应用于耐磨涂层的制备。但与碳化钨等硬质耐磨材料相比，该涂层的表面硬度依然偏低，耐磨性不足，不能很好的满足耐磨部件的工程运行需求。因此，在基础金属粉末材料中添加硬质增强相就成为提高焊接涂层耐磨性的一种有效技术手段。公开号为CN108342731A的中国专利提供了一种Ni-Cr-B-Si和氮化钛耐磨涂层的制备方法，在Ni-Cr-B-Si粉末中加入氮化钛粉末制备出了高结合力和高耐磨性质的Ni-Cr-B-Si和氮化钛熔覆层。可见在合金中添加硬质增强相是提升涂层硬度的有效手段。金刚石是目前自然界中已知最硬的物质，将其作为增强相添加到合金粉末中可显著提高焊接涂层的表面硬度及其耐磨性。虽然金刚石在加工工具领域有着广泛的应用，但在焊接耐磨涂层领域中的应用却鲜见报道。文献《添加金刚石颗粒的Ni60涂层组织和性能研究》(表面技术，2016，Vol.45(9))报道了一种将金刚石粉末(180-200目)与Ni60金属粉末混合球磨并制粒后，采用火焰喷涂技术制备硬质涂层的方法，虽然在喷焊涂层中可以测得金刚石的存在，但金刚石与金属基体间的结合力较差；同时，由于空气中的裸料金刚石在高温下极易发生氧化、石墨化及热损伤，在磨损过程中极易脱落失效。另外，文献《Quantitative investigation ofthermal evolution and graphitisation of diamond abrasives in powder bedfusion-laser beam of metal-matrix diamond composites》(Virtual and PhysicalPrototyping 2023Vol.18Issue 1Pages 212-224)报道了将铜锡合金粉末与金刚石颗粒混配后采用激光焊接工艺获取含金刚石颗粒的熔覆层，探讨了金刚石在不同焊接温度场的石墨化条件，但依然存在着金刚石易氧化/石墨化、金属基体对金刚石的润湿性差、金刚石与基体金属间缺乏冶金结合、无法真正应用于生产实践的难题。

发明内容