本發(fā)明涉及一種以高分子材料作為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化的工藝方法，可用于電站、石油、航空、食品、塑料等領(lǐng)域機(jī)械零件的防護(hù)。

背景技術(shù)：

金屬部件的摩擦/磨損與腐蝕主要發(fā)生在工件的表面，因而對(duì)金屬材料的表面進(jìn)行優(yōu)化改性比制造新材料有更大的潛力和效益，電站的耐熱金屬部件如燃燒器等設(shè)備的高溫腐蝕和磨損問(wèn)題已成為電廠關(guān)注的焦點(diǎn)，為了減緩機(jī)械裝備和電站設(shè)備中重磨蝕耐熱部件的高溫腐蝕和沖蝕，國(guó)內(nèi)外研究者采取了一系列措施對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，先后出現(xiàn)過(guò)預(yù)熔敷層、耐磨涂料、噴焊、堆焊、熱噴涂等方法。盡管上述方法都在某種程度上起到一定作用，但在耐磨成效、傳熱和運(yùn)轉(zhuǎn)要求方面尚有嚴(yán)重不足及弊端。由于摩擦/磨損和腐蝕導(dǎo)致的能源和材料消耗增加等所造成的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，所以對(duì)耐磨耐蝕材料的研究受到國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。

另外，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，機(jī)械裝備和電站設(shè)備需求量的逐日遞增，設(shè)備的維護(hù)成為重中之重，零部件的使用壽命大大地關(guān)系到設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，提高零部件的磨損和腐蝕問(wèn)題成為安全運(yùn)行中亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。因此，一種具有較高的耐磨，耐蝕能力的涂層是設(shè)備安全運(yùn)行的保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種以高分子材料作為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化的工藝方法，以提高機(jī)械設(shè)備和電站設(shè)備中高溫沖蝕、磨損零部件的金屬防護(hù)涂層厚度和涂層的結(jié)合強(qiáng)度問(wèn)題。

其所要解決的技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)施。

一種以高分子材料為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化的工藝方法，包括以下步驟：

一、按體積取鑄造球形碳化鎢粉末50-600份，以及包括鎳320-776份、鉻24-76份、硼11-33份、硅16-48份和鐵10-33份的鎳基合金釬料粉末，混合均勻，得到混合粉末；

二、按混合粉末的體積的15％-25％取聚四氟乙烯粉末加入到步驟一稱取的混合粉末中，攪拌混合，然后輥壓成型為合金粉末布；

三、將試樣金屬表面進(jìn)行噴砂處理，把步驟二中成型的合金粉末布貼在試樣金屬的表面；

四、將經(jīng)步驟三處理的試樣金屬放入到真空釬焊爐內(nèi)，先抽真空至10^-3Pa，然后以5℃/min-10℃/min速度升溫至200℃-400℃并保持0.5h-1h，再以10℃/min-15℃/min速度升溫至1000℃-1100℃保溫0.5h-1h，然后再以10℃/min-20℃/min速度降溫至室溫，得到真空釬焊工藝下的含有碳化鎢增強(qiáng)相的鎳基合金復(fù)合涂層。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述合金粉末布的厚度為1mm-3mm。

也作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一中的所述鑄造球形碳化鎢粉末的粒徑為200-325目。

還作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟一中所述鑄造球形碳化鎢粉末為50-500份，所述鎳基合金釬料粉末為體積比為350-776份的鎳、27-76份的鉻、13-33份的硼、18-48份的硅以及11-33份的鐵的混合物。

作為本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，步驟一中所述鑄造球形碳化鎢粉末為400份，所述鎳基合金釬料粉末為體積比為504份的鎳、36份的鉻、18份的硼、24份的硅以及18份的鐵的混合物。其得到的涂層具有較佳的耐磨性和耐沖蝕性。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例之一，步驟二中所述聚四氟乙烯的量按所述混合粉末體積的20％-25％稱取。聚四氟乙烯在與混合輥壓成型之后能作為金屬粉末的骨架架構(gòu)，成為柔韌性、均勻度極強(qiáng)的金屬布涂層。

也作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，步驟四中所述真空釬焊爐最好抽真空至5×10^-3Pa-7×10^-3Pa。

還作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，該工藝方法具體包括如下步驟：

一、按體積取粒徑為240目的鑄造球形碳化鎢粉末300份、以及包括鎳588份、鉻42份、硼21份、硅28份和鐵21份的鎳基合金釬料粉末，混合均勻，得到混合粉末；

二、按混合粉末的體積的25％取聚四氟乙烯粉末加入到步驟一稱取的混合粉末中，攪拌混合，然后輥壓成型為合金粉末布；

三、將試樣金屬表面進(jìn)行噴砂處理，把步驟二中的成型的合金粉末布貼在試樣金屬的表面，合金粉末布形成的涂層厚度為2mm；

四、將經(jīng)步驟三處理的試樣金屬放入到真空釬焊爐內(nèi)，先抽真空至10^-3Pa，然后以5℃/min速度升溫至200℃保溫0.5h，10℃/min速度升溫至400℃并保持0.5h,以10℃/min速度升溫至1080℃保溫0.5h，然后再以5℃/min速度降溫至室溫，得到真空釬焊工藝下的含有碳化鎢增強(qiáng)相的鎳基合金復(fù)合涂層。

按此優(yōu)選實(shí)施例配比情況下得到的涂層表面最光滑，形貌最佳，耐磨耐沖蝕性也比較好，光鏡下WC顆粒均勻。

采用上述技術(shù)方案的工藝方法與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下不同：

現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)表面涂層技術(shù)雖然有很多種，比如噴焊、堆焊、熱噴涂等應(yīng)用于耐磨涂層領(lǐng)域。但噴焊時(shí)由于涂層與基體為機(jī)械結(jié)合形式，其涂層致密度非常有限，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高(通常為30-50MPa)，易造成脫落。并且在堆焊時(shí)局部的高溫會(huì)導(dǎo)致受熱不均勻，溫度梯度大，容易引起較大焊接殘余應(yīng)力及變形，導(dǎo)致焊接保護(hù)層會(huì)局部開(kāi)裂甚至形成貫穿裂紋，導(dǎo)致保護(hù)涂層脫落。并且熱噴涂的涂層厚度受到一定限制(0.2-0.6mm)。這些技術(shù)已經(jīng)難以達(dá)到目前機(jī)械裝備和電站裝備中的零部件的耐磨、耐沖蝕要求，不能從根本上解決零部件的表面防護(hù)工作。

而由上述技術(shù)方案得到的涂層是利用真空釬焊的方法將含有碳化鎢增強(qiáng)相的合金粉末成型物連接到基體上。涂層的制備工藝簡(jiǎn)單、適用范圍廣、加工位置靈活，所需設(shè)備簡(jiǎn)單并且容易操作，涂層厚度可以根據(jù)需要控制，厚度可達(dá)3mm。并且由于真空釬焊過(guò)程中溫度均勻，得到的涂層中碳化鎢顆粒分布均勻，涂層致密度很高，涂層內(nèi)部無(wú)缺陷、表面無(wú)裂紋。涂層與基體的結(jié)合為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度很高，涂層具有良好的耐磨損、耐沖蝕能力，涂層的耐磨性能達(dá)到了基體的400倍以上，側(cè)面沖蝕能力達(dá)到了基體的1.32倍以上。該工藝方法可適用于表面異形件的修復(fù)，尤其是處于不同位置的曲面、折面、螺旋面等。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明釬焊工藝過(guò)程圖，其中，圖a表示真空釬焊前的涂層狀態(tài)，圖b表示真空釬焊過(guò)程中的涂層狀態(tài)，圖c表示最后真空釬焊完成時(shí)的涂層狀態(tài)；

圖2為本發(fā)明工藝方法中真空釬焊得到的涂層結(jié)構(gòu)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供的以高分子材料為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化的工藝方法主要是將碳化鎢粉末與鎳基釬料粉末的混合物和高分子材料聚四氟乙烯進(jìn)行混合，通過(guò)輥壓機(jī)輥壓成型后貼在金屬表面，通過(guò)真空釬焊方式與基體金屬產(chǎn)生冶金結(jié)合，形成一層較厚的耐磨損、耐沖蝕的保護(hù)層，如圖1所示，為本發(fā)明釬焊工藝過(guò)程圖，圖a表示真空釬焊前的涂層狀態(tài)，上部為碳化鎢/鎳基合金復(fù)合涂層(即輥壓成型后形成的布)，其貼在了下部的工件基體上被送入到真空釬焊爐中；圖b表示真空釬焊過(guò)程中的涂層狀態(tài)，圖c表示最后真空釬焊完成時(shí)的涂層狀態(tài)。圖2示意了真空釬焊得到的涂層結(jié)構(gòu)圖，圖中白色球形顆粒為WC(碳化鎢)，黑色部分為鎳基釬料，上部涂層與下部基體的結(jié)合面即為圖中黑白交界處的曲面。

本發(fā)明得到的涂層具有良好的熱傳導(dǎo)性和耐沖擊能力。同時(shí)，經(jīng)過(guò)包覆的零件可以通過(guò)熱處理以恢復(fù)基底材料原有的機(jī)械性能。適用范圍廣加工位置靈活，可適用于表面異形件的修復(fù)，尤其是處于不同位置的曲面、折面、螺旋面等、可解決機(jī)械裝備和電站設(shè)備中重磨蝕部件耐熱磨損問(wèn)題，減少停產(chǎn)檢修次數(shù)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

以下將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)上述工藝方法進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例中提供的以高分子材料作為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化的工藝及方法，按照以下具體步驟進(jìn)行：

一、按體積取鑄造球形碳化鎢粉末300份(粒徑為240目)、鎳基合金釬料粉末(鎳588份、鉻42份、硼21份、硅28份、鐵21份)，混合均勻，得到混合粉末；

二、按混合粉末的體積的25％取聚四氟乙烯粉末加入到步驟一稱取的混合粉末中，攪拌混合，然后用輥壓成型；

三、將試樣金屬表面進(jìn)行噴砂處理，把步驟二中的成型的合金粉末布貼在試樣金屬的表面，涂層的厚度為2mm；

四、將經(jīng)步驟三處理的試樣金屬放入到真空釬焊爐內(nèi)，先抽真空至10^-3Pa，然后以5℃/min速度升溫至200℃保溫0.5h，10℃/min速度升溫至400℃并保持0.5h,以10℃/min速度升溫至1080℃保溫0.5h，然后再以5℃/min速度降溫至室溫，得到真空釬焊工藝下的含有碳化鎢增強(qiáng)相的鎳基合金復(fù)合涂層。

此配比情況下得到的涂層表面最光滑，形貌最佳，耐磨耐沖蝕性也比較好，光鏡下WC顆粒均勻。

本實(shí)施方式以鎳基釬料合金粉末、鑄造球形碳化鎢粉末和高分子材料聚四氟乙烯粉末混合后，輥壓成型貼在金屬表面，厚度為2mm，以利于涂層耐沖擊、耐磨損能力，同時(shí)有助于避免涂層中缺陷的產(chǎn)生。在真空釬焊的過(guò)程中，升溫速度較慢并且進(jìn)行階段性的保溫，為了合金粉末能夠充分熔融，有利于涂層與基體中元素的擴(kuò)散，防止涂層產(chǎn)生內(nèi)部孔洞和表面裂紋等缺陷。鎳基釬料合金粉末具有較好的耐沖蝕性，加入硬質(zhì)相陶瓷顆粒碳化鎢，可顯著提高其耐磨性。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處為步驟一中的鑄造球形碳化鎢粉末的粒徑為200目。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處為步驟一中的鑄造球形碳化鎢粉末的粒徑為280目。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處為步驟一中的鑄造球形碳化鎢粉末的粒徑為325目。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至4不同之處在于：步驟一中的取鑄造球形碳化鎢粉末50份、鎳基合金釬料粉末(鎳798份、鉻57份、硼28.5份、硅38份、鐵28.5份)，混合均勻，得到混合粉末。其它與實(shí)施例1至4之一相同。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至4不同之處在于：步驟一中的取鑄造球形碳化鎢粉末100份、鎳基合金釬料粉末(鎳756份、鉻54份、硼27份、硅36份、鐵27份)，混合均勻，得到混合粉末。其它與實(shí)施例1至4之一相同。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至4不同之處在于：步驟一中的取鑄造球形碳化鎢粉末200份、鎳基合金釬料粉末(鎳672份、鉻48份、硼24份、硅32份、鐵24份)，混合均勻，得到混合粉末。其它與實(shí)施例1至4之一相同。

實(shí)施例8：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至4不同之處在于：步驟一中的取鑄造球形碳化鎢粉末400份、鎳基合金釬料粉末(鎳504份、鉻36份、硼18份、硅24份、鐵18份)，混合均勻，得到混合粉末。其它與實(shí)施例1至4之一相同。得到的涂層耐磨性和耐沖蝕性最佳。

實(shí)施例9：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至4不同之處在于：步驟一中的取鑄造球形碳化鎢粉末500份、鎳基合金釬料粉末(鎳420份、鉻30份、硼15份、硅20份、鐵15份)，混合均勻，得到混合粉末。其它與實(shí)施例1至4之一相同。

實(shí)施例10：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至9不同之處在于：步驟二中的按混合粉末的體積的15％取聚四氟乙烯。其它與實(shí)施例1至9之一相同。

實(shí)施例11：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至9不同之處在于：步驟二中的按混合粉末的體積的20％取聚四氟乙烯。其它與實(shí)施例1至9之一相同。

實(shí)施例12：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至11不同之處在于：步驟三中的涂層厚度為1mm。其它與實(shí)施例1至11之一相同。

實(shí)施例13：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至11不同之處在于：步驟三中的涂層厚度為3mm。其它與實(shí)施例1至11之一相同。

實(shí)施例14：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至13不同之處在于：步驟四中的真空釬焊爐抽真空至7×10^-3Pa。其它與實(shí)施例1至13之一相同。

實(shí)施例15：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至14不同之處在于：步驟四中的真空釬焊爐以5℃/min速度升溫至200℃保溫0.5h，5℃/min速度升溫至400℃并保持0.5h，以10℃/min速度升溫至1080℃保溫0.25h，然后再以10℃/min速度降溫至室溫，其它與實(shí)施例1至14之一相同。

實(shí)施例16：

本實(shí)施例與實(shí)施例1至14不同之處在于：步驟四中的真空釬焊爐以10℃/min速度升溫至200℃保溫0.5h，10℃/min速度升溫至400℃并保持0.5h,以10℃/min速度升溫至1080℃保溫0.5h，然后再以10℃/min速度降溫至室溫，其它與實(shí)施例1至14之一相同。

本發(fā)明涉及的以高分子材料作為骨架的粉末表面冶金強(qiáng)化工藝適合用于制備機(jī)械裝備和電站設(shè)備中重磨蝕耐熱部件防護(hù)的涂層，具有可控的涂層厚度，使零部件的涂層厚度有所增加從而提高其耐磨耐蝕能力，涂層與基體為冶金結(jié)合，大大提高了涂層與基體的結(jié)合力。