耐磨性涂料和提高金屬鑄件表面耐磨性的方法與流程

本發明涉及提高金屬表面耐磨性的技術，特別涉及一種耐磨性涂料和提高金屬鑄件表面耐磨性的方法。

背景技術：

鑄件與日常生活有密切關系，尤其是在農業機械中的應用。農機具作業裝置在工作過程中常會與沙土直接接觸，沙土中常含有硬質顆粒的石塊和沙粒。農機具作業裝置在這樣的環境中服役，受到強烈的磨粒磨損，當土壤酸堿度較強時，對農機具作業裝置表面的腐蝕性也很嚴重，而且還會誘發腐蝕—磨損聯合作用，縮短農機具作業裝置的使用壽命。農機具作業裝置表面受到的沖刷、腐蝕、磨損、腐蝕作用以及磨損與腐蝕的相互作用，是一個復雜多變而且環境依賴性強的動態過程，因而對農機具作業裝置的性能要求高。

由于使用灰白口鑄鐵、不銹鋼等材料在這種復合磨損工況下難以滿足要求或者成本較高，因而通常采用提高農機具作業裝置的表面耐磨性的方法。目前，為了提高農機具作業裝置的表面耐磨性，通常是在農機具作業裝置鑄造成型后，再加一道合金熱處理工序進行強化，如利用化學熱處理方法(表面滲碳、表面滲氮等)對其進行二次強化。這樣一來導致了農機具制造工藝的復雜度，另外有些大型農機具對其進行二次強化工藝保證上不方便。此外，也有采用在農機具表面涂覆涂料的方式來提高農機具的表面耐磨性，然而受限于涂料的耐磨性能，導致該方式的效果不盡如人意。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了提高金屬鑄件表面的耐磨性以及簡化工藝，本發明提供了一種耐磨性涂料：該耐磨性涂料的各組分按照下列重量配比均勻混合而成：b4c：65～75份；naf：15～20份；sic：8～10份；脫氧劑：2～3份。

在上述耐磨性涂料的優先實施方式中，該耐磨性涂料的各組分按照下列重量配比均勻混合而成：b4c：70～75份；naf：18～20份；sic：8～10份；脫氧劑：2～3份。

在上述耐磨性涂料的優先實施方式中，該耐磨性涂料的各組分按照下列重量配比均勻混合而成：b4c：68～72份；naf：15～18份；sic：8～9份；脫氧劑：2～3份。

在上述耐磨性涂料的優先實施方式中，該耐磨性涂料中，各組分的重量配比為：b4c：70份；naf：20份；sic：8份；脫氧劑：2份。

在上述耐磨性涂料的優先實施方式中，該耐磨性涂料中，各組分的重量配比為：b4c：71份；naf：17份；sic：8.5份；脫氧劑：2.5份。

在上述耐磨性涂料的優先實施方式中，所述脫氧劑為ce(no3)3·6h2o。

另一方面，本發明還提供了一種提高金屬鑄件表面耐磨性的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：配制包含粘結劑和上述的耐磨性涂料的涂料溶液；將所述涂料溶液涂覆于用于形成所述金屬鑄件鑄模的型腔內壁；使澆鑄溫度保持在1450℃～1550℃之間，將所述金屬鑄件的基體金屬液澆鑄到鑄模的型腔內。

在上述方法的優選實施方式中，所述粘結劑的制備步驟包括：按照每2g聚乙烯醇與100ml水的比例進行混合，得到聚乙烯醇水溶液；將所述聚乙烯醇水溶液加熱至沸騰后，保溫30min，攪拌均勻，得到所述粘結劑。

在上述方法的優選實施方式中，配制包含粘結劑和上述耐磨性涂料的涂料溶液的步驟進一步包括：

按照每100g所述涂料與100ml的所述粘結劑的比例進行混合，攪拌均勻，得到所述涂料溶液。

在上述方法的優選實施方式中，所述的“將熔化后的基體金屬液澆鑄到鑄模的型腔內”的步驟之后形成的金屬鑄件用于農機具的作業機構。

通過本發明的技術方案，使得金屬鑄件的表面或特定部位(比如經常與土壤接觸的部位)形成硬質相合金化合物(強化層組織)，從而提高其表面耐磨性和耐腐蝕性。此外，本發明能夠在鑄造的同時，一次性完成其表面的合金強化過程，不僅簡化了工藝，而且使強化層相對基體材料的耐磨性約為2-3倍,相對基體材料耐酸腐蝕性約為5倍。

附圖說明

圖1是本發明的提高金屬鑄件表面耐磨性的方法流程圖；

圖2是使用本發明的方法得到的強化層組織(顯微鏡下觀察)的結構圖；

圖3是使用本發明的方法得到的強化層組織與基體材料的耐磨性的試驗結果對比圖；

圖4是使用本發明的方法得到的強化層組織與基體材料的耐腐蝕性的試驗結果對比圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發明的技術原理，并非旨在限制本發明的保護范圍。

通常情況下，為了提高金屬表面的耐磨性，金屬鑄件在鑄造成型后，再加一道合金熱處理工序進行強化。本發明能夠在鑄造的同時，一次性完成金屬表面的合金強化過程，不僅簡化了工藝，而且強化效果優于上述二次強化。下面以提高農機具作業裝置的表面耐磨性為例進行詳細說明。

參照圖1，本發明公開的提高金屬鑄件表面耐磨性的方法包括以下步驟：

s110、配制包含粘結劑和耐磨性涂料的涂料溶液。

s120、將涂料溶液涂覆于用于形成金屬鑄件的鑄模的型腔內壁。

s130、使澆鑄溫度保持在1450℃～1550℃之間，將金屬鑄件的基體金屬液澆鑄到鑄模的型腔內。

在s110中，粘結劑可以是聚乙烯醇水溶液。優選地，在制備粘結劑時，每100ml水中加入約2g的聚乙烯醇，得到聚乙烯醇水溶液，將得到的聚乙烯醇水溶液加熱至沸騰后，保溫30min(也可以在90℃保溫30min)，攪拌均勻，得到粘結劑。通過該方法得到的粘結劑具有較大的黏度且能夠保證粘結劑無沉淀。此外，在一種優選的實施方式中，s110中所述的耐磨性涂料，其各組分按下列重量配比均勻混合而成：b4c：65～75份；naf：15～20份；sic：8～10份；脫氧劑：2～3份。優選地，脫氧劑可以是ce(no3)3·6h2o。

在配制涂料溶液時，將混合均勻的耐磨性涂料按照每100g的耐磨性涂料與100ml的粘結劑的比例進行混合，攪拌均勻后得到涂料溶液。

在s120中，在將涂料溶液涂覆于用于形成金屬鑄件的鑄模的型腔內壁的過程中，觀察涂料溶液的懸浮性，當涂料溶液中出現沉淀時需要及時地攪拌，以使該涂料溶液能夠均勻地涂抹于鑄模的型腔內壁。

在s130中，澆鑄的溫度可以根據涂層厚度、鑄件大小而定，通常情況下澆鑄的溫度在1500℃左右。優選地，涂層與鑄件的厚度比為1:8～10，例如，在厚度為10cm的ht200(灰鑄鐵)的基體上涂覆1cm厚度的涂料溶液，此時，使澆鑄溫度保持在約1450℃，可獲得較為理想的強化層組織。

作為更優選的實施方式，本發明提供的耐磨性涂料還包括以下多個具體的實施例：

實施例2

該耐磨性涂料的各組分按照下列重量配比均勻混合而成：b4c：70～75份；naf：18～20份；sic：8～10份；脫氧劑：2～3份。

實施例3

該耐磨性涂料的各組分按照下列重量配比均勻混合而成：b4c：68～72份；naf：15～18份；sic：8～9份；脫氧劑：2～3份。

實施例4

該耐磨性涂料中，各組分的重量配比為：b4c：71份；naf：17份；sic：8.5份；脫氧劑：2.5份。

實施例5

該耐磨性涂料中，各組分的重量配比為：b4c：70份；naf：20份；sic：8份；脫氧劑：2份。

需要說明的是，上文中各個實施例中的脫氧劑優選ce(no3)3·6h2o，而ce(no3)3·6h2o屬于稀土的一種，本領域技術人員還可以使用除ce(no3)3·6h2o外的稀土作為替換，只要能夠實現或接近本發明的技術效果即可。

下面以實施例5中得到的耐磨性涂料為例，結合圖2-4來詳細說明通過本發明的方法得到的涂覆有耐磨性涂料的金屬鑄件的表面耐磨性。

首先參照圖2，圖2是使用本發明的方法獲得的強化層組織(顯微鏡下觀察)結構圖。按照本發明的方法獲得的涂覆有耐磨性涂料的金屬鑄件，在顯微鏡的觀察下，如圖2所示，在白色、塊狀組織周圍沿晶界分布著連續的黑色網狀組織。白色塊狀組織部分的顯微硬度為1800hv0.2左右，黑色網狀組織的顯微硬度為1100hv0.2左右。通過本發明的技術方案對金屬鑄件表面進行強化后，其強化層相對于基體材料的耐磨性提高了約為2～3倍，相對于基體材料的耐酸腐蝕性提高了約為5～6倍。下面結合試驗數據作進一步說明。

在對強化試樣(按照前述的提高金屬鑄件表面耐磨性的方法得到的金屬鑄件的強化層)和原始試樣(基體材料)進行耐磨性的試驗中，用線切割機將強化試樣和原始試樣分別加工成10mm×10mm×4mm的薄片磨損試樣，在自制磨粒磨損試驗機上進行磨粒磨損試驗。實驗結果如圖3所示。其中，橫坐標為往復摩擦次數，縱坐標為磨損量。圖3示出了基體材料與強化層組織的對比結果。可以明顯地看出，強化層相對于基體材料的耐磨性提高了約為2～3倍。

在對強化試樣和原始試樣進行耐腐蝕的試驗中，采用酸性介質和蒸餾水配制，ph值分別控制在2、3、4、5、6左右。同樣將強化試樣和原始試樣加工成10mm×10mm×4mm的薄片，經研磨、拋光、清洗、干燥和稱量后懸掛在配制好的酸性介質中。溶液的容積為50ml，懸掛試樣浸入深度大于1mm，試樣不相互接觸，常溫腐蝕，試驗室溫度為20℃左右，周期為3天。試驗結束后，用機械法去除試樣的腐蝕產物，經干燥后稱重。實驗結果如圖4所示。其中，橫坐標為溶液酸度，即ph值，縱坐標為腐蝕量(mg)。圖4中示出了基體材料與強化層組織的對比結果，從圖4中可以明顯地看出，強化層組織相對于基體材料的耐酸腐蝕性提高了約為5～6倍。

雖然上述是以實施例5為例來說明的，但是，在本發明的方法中，采用實施例1-實施例4中得到的耐磨性涂料時，均能能夠得到與實施例5試驗結果近似的效果。通過對實施例1-實施例4中各組分中得到的耐磨性涂料進行試驗，其結果與圖3和圖4中所示近似。因此，附圖中省略了實施例1-實施例4中各組分中得到的耐磨性涂料的強化層組織與基體材料的耐磨性/腐蝕性的試驗結果對比圖。由實驗可知，采用如實施例1-實施例4中各組分中得到的耐磨性涂料時，其得到的金屬鑄件的強化層相對于基體材料的耐磨性提高了近2倍，而強化層組織相對于基體材料的耐酸腐蝕性提高了近5倍。

綜上所述，通過本發明的技術方案，在進行農機具作業裝置的鑄造時，能夠使其表面或特定部位(比如經常與土壤接觸的部位)被涂覆耐腐蝕涂料，從而在形成的金屬鑄件的表面形成硬質相合金化合物(強化層組織)，進而極大地提高了金屬鑄件的表面耐磨性和耐腐蝕性。

另外，還需要說明的是，雖然上述實施例中是以農機具作業裝置為例進行說明的，顯然本發明的方法還適用于其它對表面耐磨性和耐腐蝕性有要求的金屬器具。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發明的保護范圍之內。