[发明专利]一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及提供了一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法，通过堆焊技术在硬质合金刀具表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层，再通过渗硼工艺高熵合金FeCoCrNiMn层表面形成高熵合金硼化物层。堆焊和渗硼工艺技术保证了层间结合力，高熵合金层具有较高的Mn含量，存在加工硬化，使刀具硬度增加。渗硼层受到冲击载荷，存在磨粒磨损，渗硼层的加入使触土部件抗磨擦性能大幅增加，高熵合金层具同时可以直接对上层渗硼涂层起到高硬支撑作用，进一步增加抵抗摩擦性能，尤其适用于磨损严重工况。

技术领域

本发明涉及金属涂层技术领域，具体涉及一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法。

背景技术

旋耕机扮演了我国农业用具的重要角色，其工作可以快速的完成旋耕作业，提高了旱地播种前的效率，由于旋耕机的主要部件是旋耕刀，我国的制造水平与国际先进水平存在差距，更换旋耕刀成本较大，很难满足长时间国内对于旋耕刀的使用要求。由于触土部件作为旋耕机的关键部件之一，其工作环境复杂，摩擦剧烈产生大量热，旋耕刀通过旋耕机的机械动力传递，使刀具快速旋入地表土层，进而进行翻转耕地，旋耕刀工作强度高，磨损十分严重，使用周期短。其中最主要的是存在刀具断裂和磨损行为，提高旋耕刀耐磨性是增加触土使用寿命的主要方法。目前使用的刀具导热性差，耐磨性差，硬度高，寿命低，脆性大等不足之处，界面结合强度也存在一定不足。

发明内容

本发明提供了一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层及其制备方法，通过堆焊技术硬质合金刀具表面形成高熵合金FeCoCrNiMn层，再通过渗硼工艺高熵合金FeCoCrNiMn层表面形成高熵合金硼化物层。堆焊和渗硼工艺技术保证了层间结合力，高熵合金层具有较高的Mn含量，存在加工硬化，使刀具硬度增加。渗硼层受到冲击载荷，存在磨粒磨损，渗硼层的加入使触土部件抗磨擦性能大幅增加，高熵合金层具同时可以直接对上层渗硼涂层起到高硬支撑作用，进一步增加抵抗摩擦性能。适用于强化触土部件，减少磨料磨损，以提高使用寿命，降低生产成本。

本发明解决上述技术问题的方案如下：一种用于硬质合金刀具的高熵复合涂层，所述涂层包括涂覆在刀具表面的高熵合金FeCoCrNiMn层与涂覆在所述高熵合金FeCoCrNiMn层表面的高熵合金硼化物层。

优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:50-60％、Co:10-20％、Cr:10-15％、Ni:10-15％、Mn:10-20％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:12-20。

优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为1.0-2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为20-30μm。

优选的，所述高熵合金FeCoCrNiMn层的成分按质量百分比计包括Fe:55.8％、Co:11.2％、Cr:10.9％、Ni:10.2％、Mn:11.9％；所述高熵合金硼化物层的原材料包括碳化硅和硼铁合金，其中，硼铁合金与碳化硅的质量之比为1:15；所述高熵合金FeCoCrNiMn层厚度为2.0mm；所述高熵合金硼化物层厚度为21.35μm。

一种如上所述用于硬质合金刀具的高熵复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)对硬质合金刀具基体表面进行增加结合力的预处理；具体步骤为用目数180#、400#、800#的砂纸分别对刀具基体表面进行研磨，依次使用酒精和丙酮清洗刀具基体表面10-30min，去除刀具基体表面与空气长期接触形成的氧化层和油污等杂质：

2)对高熵合金FeCoCrNiMn粉末进行过筛、除去200-300目的大颗粒，对粉末样品烘干20min去除残存水分；将硬质合金刀具基体加热至设定温度300℃；所述高熵合金FeCoCrNiMn粉末的成分按质量百分比计包括Fe:50-60％、Co:10-20％、Cr:10-15％、Ni:10-15％、Mn:10-20％；