專(zhuān)利名稱(chēng)：仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面改性技術(shù)，涉及機(jī)械、材料、化學(xué)、生物、工程仿生學(xué)等學(xué)科。
背景技術(shù)：
磨料磨損是地面觸土機(jī)械部件等易磨損件失效的主要原因之一。在國(guó)內(nèi)外，除尋求新型抗磨料磨損材料和從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)外，表面硬化(表面改性)則是提高地面觸土機(jī)械部件質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、改善使用性能的重要方法。目前，常用的表面硬化技術(shù)有化學(xué)、激光、電子束熱處理、堆焊、噴涂、沉積、鍍層等。由于硬化層厚度較薄，降低了地面機(jī)械觸土部件在磨料磨損的工況下使用的有效性。并且，工程材料表面硬度的提高也是有限的。因此，本發(fā)明提出一種新型的仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層。
仿生學(xué)已為越來(lái)越多的領(lǐng)域所重視和應(yīng)用，如早期飛機(jī)的結(jié)構(gòu)就是模仿鳥(niǎo)類(lèi)和昆蟲(chóng)，紅外線探測(cè)器的研究是受到了響尾蛇的啟發(fā)，聲納的出現(xiàn)則是受到海豚本能的啟示等等。自然界中生物體表組織經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化和優(yōu)化，具有非常獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能。已有研究結(jié)果表明，土壤動(dòng)物(如蜣螂)體表呈幾何非光滑特征，體表觸土部位隨機(jī)地或規(guī)律地分布著一定幾何形狀的結(jié)構(gòu)單元體，運(yùn)動(dòng)時(shí)有利于減小正壓力對(duì)體表的作用，降低摩擦分量，非光滑表面能將磨料對(duì)表面的犁削變?yōu)闈L動(dòng)，從而起到減阻、耐磨作用。體表有一定彈性，在外加壓力下，體表可發(fā)生彈性變形。凸起部位承受著土壤的積壓和摩擦，凹陷部位易集留空氣，可減輕大氣壓力，從而降低與土壤的摩擦力，同時(shí)使磨損機(jī)理發(fā)生變化。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明的目的是在基體為鋼的表面上形成仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層以及制備該涂層的方法。
本發(fā)明是仿土壤動(dòng)物(如蜣螂)體表的幾何非光滑特征，采用制造工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、性能可靠、成本低廉的釬焊技術(shù)，利用高塑性釬料與高硬度耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的合理組合制備的這種軟、硬多相材料交替疊層形成的非光滑耐磨復(fù)合涂層，其抗磨性能十分優(yōu)異，可使材料的耐磨性和減磨性達(dá)到較高的使用要求。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明以多元銅基釬料作粘結(jié)合金，將增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒與基體鋼連接在一起，在基體鋼的表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層，多元銅基釬料的成分為(重量百分比Wt％)鋅(Zn)25～38，錳(Mn)8.5～9.5，鎳(Ni)1.8～2.3，錫(Sn)0.3～0.8，硅(Si)0.3～0.8，稀土(Re)0.1～0.3，余量銅(Cu)。釬劑的成分為(重量百分比Wt％)硼酸與硼砂的混合物，比例3∶7(脫水)，并加入少量的氟化物10～20；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分為碳化物，粒度為50～100目，加入總量在重量百分比(Wt％)20～80。
多元銅基釬料中的碳化物可以是碳化鎢或碳化鈦或碳化硅，或其中的兩種或三種組合，顆粒粒度為60～80目。
多元銅基釬料中的碳化物采用三種組合，其顆粒加入量(重量百分比Wt％)碳化鎢20～60，碳化鈦10～30，碳化硅10～30。
本發(fā)明的非光滑耐磨復(fù)合涂層，其制備方法是將多元銅基釬料按上述組成成分的重量百分比(Wt％)配制冶煉后，制成顆粒大小為20～80目粉末，按重量百分比(Wt％)30～70的比例與重量百分比(Wt％)20～80的碳化鎢、碳化鈦、碳化硅中的一種、二種或三種以及釬劑重量百分比(Wt％)1～3均勻混合在一起，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱或激光加熱多元銅基釬料和釬劑熔化后，多元銅基釬料將增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)釬焊在基體碳鋼表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層。
本發(fā)明的非光滑耐磨復(fù)合涂層達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為在兩體靜載磨料磨損工況下，非光滑耐磨復(fù)合涂層的耐磨性是ZG35鋼的26倍，是45號(hào)鋼(淬火態(tài))的25倍，是ZGMn13鋼的21倍，是ZG35鑄滲WC鋼的1.6倍；非光滑耐磨復(fù)合涂層內(nèi)部(釬料與耐磨硬質(zhì)點(diǎn)間)結(jié)合強(qiáng)度及耐磨復(fù)合涂層與鋼之間結(jié)合強(qiáng)度≥150Mpa。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)具有土壤動(dòng)物體表的幾何非光滑特征。非光滑耐磨復(fù)合涂層的表面平整。厚度可根據(jù)使用要求從幾毫米到幾十毫米任意調(diào)整。非光滑耐磨復(fù)合涂層的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與土壤動(dòng)物如蜣螂頭前部相似，涂層具有良好的塑、韌性和高的耐磨性，較硬的顆粒支承載荷、抵抗磨損、阻止磨粒的犁削，較軟的基體固結(jié)顆粒、吸收能量，其非光滑表面能將磨料對(duì)非光滑耐磨復(fù)合涂層表面的劃擦鑿削變?yōu)闈L動(dòng)，可有效地減輕磨料對(duì)非光滑耐磨復(fù)合涂層的磨損程度。
具體實(shí)施例方式基體均采用碳鋼。
實(shí)施例1、多元銅基釬料的成分為(重量百分比Wt％)鋅(Zn)25，錳(Mn)8.5，鎳(Ni)1.8，錫(Sn)0.3，硅(Si)0.3，稀土(Re)0.1，余量銅(Cu)，重量百分比(Wt％)30；釬劑重量百分比(Wt％)1；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)碳化鎢69，粒度為50目。
實(shí)施例2、多元銅基釬料的成分為(重量百分比Wt％)鋅(Zn)38，錳(Mn)9.5，鎳(Ni)2.3，錫(Sn)0.8，硅(Si)0.8，稀土(Re)0.3，余量銅(Cu)，重量百分比(Wt％)57；釬劑重量百分比(Wt％)3；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)碳化鎢20，碳化鈦10，碳化硅10，增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒度為100目。
實(shí)施例3、多元銅基釬料的成分為(重量百分比Wt％)鋅(Zn)30，錳(Mn)9.1，鎳(Ni)2.0，錫(Sn)0.6，硅(Si)0.6，稀土(Re)0.2，余量銅(Cu)，重量百分比(Wt％)40；釬劑重量百分比(Wt％)2；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分和加入量(重量百分比Wt％)碳化鎢50、碳化鈦10，增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒度為80目。
表1 非光滑耐磨復(fù)合涂層各實(shí)施例成分、加入量(重量百分比Wt％)和性能Zn Mn Ni Sn Si Re Cu 釬劑 碳化物 相對(duì)耐磨性 強(qiáng)度(Ma)(ZG35鋼)實(shí)施例125 8.5 1.8 0.3 0.3 0.1 余量 1 碳化鎢6916 230碳化鎢20實(shí)施例238 9.5 2.3 0.8 0.8 0.3 余量 3 碳化鈦1020 194碳化硅10實(shí)施例330 9.1 2.0 0.6 0.6 0.2 余量 2 碳化鎢5024 219碳化鈦10
權(quán)利要求
1.非光滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于以多元銅基釬料作粘結(jié)合金，將增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒與基體鋼連接在一起，在基體鋼的表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層，多元銅基釬料的成分為(重量百分比Wt％)鋅(Zn)25～38，錳(Mn)8.5～9.5，鎳(Ni)1.8～2.3，錫(Sn)0.3～0.8，硅(Si)0.3～0.8，稀土(Re)0.1～0.3，余量銅(Cu)；釬劑的成分為(重量百分比Wt％)硼酸與硼砂的混合物，比例3∶7(脫水)，并加入少量的氟化物10～20；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分為碳化物，粒度為50～100目，加入總量在重量百分比(Wt％)20～80。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于多元銅基釬料中的碳化物可以是碳化鎢或碳化鈦或碳化硅，或其中的兩種或三種組合，顆粒粒度為60～80目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生非光滑耐磨復(fù)合涂層，其特征在于多元銅基釬料中的碳化物采用三種組合，其顆粒加入量(重量百分比Wt％)碳化鎢20～60，碳化鈦10～30，碳化硅10～30。
4.非光滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于將多元銅基釬料按上述組成成分的重量百分比(Wt％)配制冶煉后，制成顆粒大小為20～80目粉末，按重量百分比(Wt％)30～70的比例與重量百分比(Wt％)20～80的碳化鎢、碳化鈦、碳化硅中的一種、二種或三種以及釬劑重量百分比(Wt％)1～3均勻混合在一起，通過(guò)高頻感應(yīng)加熱或激光加熱多元銅基釬料和釬劑熔化后，多元銅基釬料將增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)釬焊在基體碳鋼表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面改性技術(shù)。非光滑耐磨復(fù)合涂層以多元銅基釬料作粘結(jié)合金，將增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒與基體鋼連接，在基體鋼的表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層，多元銅基釬料的成分為鋅，錳，鎳，錫，硅，稀土，余量銅；釬劑的成分為硼酸與硼砂的混合物，并加入少量氟化物；增強(qiáng)耐磨硬質(zhì)點(diǎn)顆粒的成分為碳化物，粒度為50～100目，加入總量在(Wt％)20～80。非光滑耐磨復(fù)合涂層的制備方法將多元銅基釬料按上述組成成分的配制冶煉后，制成顆粒大小為20～80目粉末，按(Wt％)30～70與20～80的碳化鎢、碳化鈦、碳化硅中的一種、二種或三種以及釬劑1～3均勻混合，通過(guò)加熱多元銅基釬料和釬劑熔化后，多元銅基釬料將硬質(zhì)點(diǎn)釬焊在基體碳鋼表面形成一非光滑耐磨復(fù)合涂層。
文檔編號(hào)B05D7/14GK1405240SQ01133458
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2001年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月14日
發(fā)明者任露泉, 邱小明, 徐德生, 李建橋, 佟金, 閻久林 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)