專利名稱：等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子噴涂制備三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層的生產工藝，在鋼鐵材料表面獲得的這種涂層，具有較高的結合強度、硬度，能夠較大幅度提高材料的耐磨性能和抗熱疲勞性能，可以廣泛應用于結構鋼、工具鋼、模具鋼制品的表面處理和再制造，提高制品的使用壽命。
背景技術：
Mo2FeB2系三元硼化物基金屬陶瓷是利用Ni、Cr、Mo、Fe等粉末與硼或硼化物混合粉末在高溫下原位反應生成三元硼化物，并通過高溫液相燒結達到完全致密化的一種新型工藝。其燒結體的結構是由三元硼化物的硬質相和含Cr、Ni、Mo等鐵基粘結相組成。在反應燒結過程中，生成的三元硼化物通過液相燒結在金屬與硼化物之間形成共晶熔融體而獲得較高的致密度。這種金屬陶瓷具有較高的強度(抗彎強度達到1.0～2.6Gpa)、硬度(硬度達到80～92HRA)，優異的耐磨性能和抗熱疲勞性能，同時，還具有和鋼鐵材料相近的熱膨脹系數及密度，和鋼鐵材料之間的接合熱應力小，是一種理想的涂層材料。
等離子噴涂是利用等離子火焰來加熱熔化噴涂粉術使之形成涂層的。等離子噴涂工作氣體常用Ar或N2，再加入5％～10％的H2，氣體進入電極腔的弧狀區后，被電弧加熱離解形成等離子體，其中心溫度高達15000K以上，經孔道高壓壓縮后呈高速等離子射流噴出。噴涂粉末被送粉氣載入等離子焰流，很快呈熔化或半熔化狀態，并高速噴打在經過粗化的潔凈零件表面產生塑性變形，粘附在零件表面，各熔滴之間依靠塑性變形而相互鉤接，從而獲得結合良好的層狀致密涂層。等離子噴涂具有涂層平整光滑，厚度精確控制，涂層孔隙率低，涂層氧化物和雜質含量少，噴涂過程對基體的熱影響小，應用范圍廣的特點。但是，涂層和基體的結合強度只能達到60～70MPa，難以滿足承受沖擊載荷制品的要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，采用本發明制備的涂層結合強度高，接合熱應力小，具有優異的耐磨性能和抗熱疲勞性能。
本發明的技術方案是一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過原位反應獲得三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層，再經過正火(或淬火+回火)熱處理后，使涂層和鋼鐵材料之間產生化學反應，形成反應界面；等離子噴涂粉末組成的質量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，各組分之和為100％；粉末粒度5～20μm。
如上所述的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于熱處理工藝條件為(1)結構鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時，出爐空冷。
(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時，油淬，500～600℃，保溫1～2小時，爐冷。
本發明的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的生產工藝，具體方式如下1.粉術組成質量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，粉末經過球磨機球磨4～12小時，粒度5～20μm。
2.等離子噴涂工藝參數噴涂距離為70～100mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動速度為10～30cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8～1.0MPa、流量1400～1600L/h，H2壓力0.1～0.2MPa、流量200～400L/h，送粉氣壓0.01～0.1MPa。電流400～600A，電壓40～60V，槍內送粉，送粉速率為10～12m/s。涂層厚度0.1mm～2mm。
3.原位反應式FeB+Fe＝Fe2B2FeB+2Mo＝Mo2FeB2+Fe2Fe2B+2Mo＝Mo2FeB2+3FeA+Fe2B＝L1A+L1+Mo2FeB2＝L2+Mo2FeB2式中，A-奧氏體，L1、L2-二種不同成分的液相。
4.熱處理工藝(1)結構鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時，出爐空冷。
(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時，油淬，500～600℃，保溫1～2小時，爐冷。
5.界面反應式FeB+Fe＝Fe2B2FeB+2Mo＝Mo2FeB2+Fe2Fe2B+2Mo＝Mo2FeB2+3Fe本發明獲得的三元硼化物基金屬陶瓷涂層硬度達到89HRA，結合強度達到350MPa，耐磨性是W18Cr4V鋼(64HRC)的3倍，熱疲勞壽命比H13鋼(47HRC)提高2倍。可以廣泛應用于結構鋼、工具鋼、模具鋼制品的表面處理和再制造，提高制品的使用壽命。
圖1是本發明實施例的涂層的顯微組織。
圖2是本發明實施例的界面結構。
圖3是本發明實施例的耐磨性能示意圖。
具體實施例方式
實施例1基體材料45鋼。
粉末組成質量百分比35％FeB、40％Mo、2％Ni、3％Cr、20％Fe，球磨8小時，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝850℃，保溫1小時，出爐空冷。
實施例2基體材料H13鋼。
粉末組成質量百分比25％FeB、50％Mo、3％Ni、4％Cr、18％Fe，球磨8小時，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝1050℃，保溫1小時，油淬，540℃，保溫1小時，爐冷。
實施例3基體材料W18Cr4V鋼。
粉末組成質量百分比40％FeB、35％Mo、5％Ni、5％Cr、15％Fe，球磨8小時，粉末粒度5μm。
等離子噴涂工藝參數噴涂距離為80mm，噴涂角度為80°～90°，噴槍移動速度為15cm/s，每次噴涂厚度小于0.10mm。Ar壓力0.8MPa、流量1500L/h，H2壓力0.1MPa、流量300L/h，送粉氣壓0.05MPa。電流500A，電壓50V，槍內送粉，送粉速率為11m/s。涂層厚度1mm。
熱處理工藝1100℃，保溫1小時，油淬，560℃，保溫1小時，爐冷。
權利要求
1.一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過原位反應獲得三元硼化物(Mo2FeB2)基金屬陶瓷涂層，再經過正火(或淬火+回火)熱處理后，使涂層和鋼鐵材料之間產生化學反應，形成反應界面；等離子噴涂粉末組成的質量百分比25％～40％FeB、35％～50％Mo、1％～10％Ni、1％～10％Cr、10％～20％Fe，各組分之和為100％；粉末粒度5～20μm。
2.如權利要求1所述的等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征在于熱處理工藝條件為(1)結構鋼表面涂層的熱處理工藝820～850℃，保溫1～4小時，出爐空冷。(2)工具鋼、模具鋼表面涂層的熱處理工藝1000～1100℃，保溫1～4小時，油淬，500～600℃，保溫1～2小時，爐冷。
全文摘要
一種等離子噴涂制備三元硼化物基金屬陶瓷涂層的方法，其特征是采用等離子噴涂方法，在鋼鐵材料表面通過原位反應獲得三元硼化物(Mo
文檔編號C21D1/28GK1970843SQ200610125369
公開日2007年5月30日 申請日期2006年12月8日 優先權日2006年12月8日
發明者周小平, 胡心彬, 李四年 申請人:湖北工業大學