一种感应熔覆梯度硬质复合材料涂层工艺

摘要

一种感应熔覆梯度硬质复合材料涂层工艺，属于材料表面工程技术领域。在金属零件表面预涂硬质相与金属相复合的梯度涂层，该预涂层具有硬质相含量由内层到外层依次增加的成分梯度分布，硬质相体积百分比含量在0‑90%范围变化，在保护气氛中感应加热重熔预涂层，通过各层之间互扩散形成与金属零件基体界面冶金结合、致密无裂纹的连续梯度硬质复合材料涂层。采用梯度硬质复合材料预涂层，解决了传统感应熔覆硬质涂层冶金结合造成的热应力过大，激光束、电子束和等离子体束流熔覆导致涂层集中冲击热应力，以及零件整体加热钎焊烧结涂层带来的基体组织劣化等问题；连续梯度硬质复合材料涂层满足零件耐磨抗蚀抗冲击等高性能需求。

主权项

一种感应熔覆梯度硬质复合材料涂层工艺，其特征是：工艺步骤为：（1）采用机械混合、雾化干燥烧结或烧结破碎方法，制备系列含量配比的硬质相与金属相复合的干燥复合粉末，其中，硬质相为碳化物、氧化物、氮化物或硼化物陶瓷颗粒，金属相为铁、钴、镍金属或铁、钴、镍基合金，系列含量配比的硬质相的体积百分比含量为0‑90%；（2）零件表面去除油污和杂质，喷砂处理获得洁净、粗糙化的表面；（3）选择不同硬质相体积百分比含量的系列干燥复合粉末，采用热喷涂或冷喷涂方法，按照硬质相体积百分比含量递增的顺序在零件表面依次喷涂厚度为30‑500 μm的涂层；或者将不同硬质相体积百分比含量的系列干燥复合粉末分散于有机或无机溶液中制成系列胶体或膏剂，按照硬质相体积百分比含量递增的顺序在零件表面依次涂敷厚度为30‑500 μm的涂层，每一层涂敷后进行150‑200℃加热干燥去除水分；重复上述喷涂过程完成系列干燥复合粉末的喷涂或者重复上述涂敷过程完成系列胶体或膏剂的涂敷，控制与零件基体相邻的亚层的硬质相体积百分比含量为0‑30%，最外亚层的硬质相体积百分比含量为40‑90%，获得具有由内到外硬质相体积百分比含量逐层增加的2层及大于2层的多亚层梯度硬质复合材料预涂层，预涂层的总厚度为60‑2000 μm，各亚层的厚度依据硬质相和金属相含量比例、亚层数以及涂层总厚度采用等分或不等分方式进行调整；（4）在保护气氛中，采用感应线圈加热零件表面梯度硬质复合材料预涂层，加热预涂层采用的感应线圈的电源输出功率范围为30‑300 kW，频率范围为20‑500 kHz，输出感应电流范围为500‑5000 A，感应线圈为单匝或多匝金属管围成的圆形或方形线圈，感应线圈与零件表面之间的距离不小于1 mm；采用数控机床或者自动机械手控制感应线圈的移动而保持零件不动、控制零件的移动而保持感应线圈不动、或者同时控制感应线圈与零件的移动；根据移动过程中感应线圈与零件表面之间距离的变化，采用预先设置好由程序控制的匀速或者变速的感应线圈与零件的相对移动速度，或者采用闭环控制系统，由熔覆过程中感应电流的反馈信号自动控制感应线圈与零件的相对移动速度；加热回转体零件采用圆形或方形感应线圈，回转体零件自转速度10‑200 rpm，同时沿轴向与感应线圈相对移动速度0.5‑20 mm/s；加热平面零件采用方形感应线圈，加热复杂形状零件采用仿形感应线圈，平面零件和复杂形状零件不旋转，感应线圈与不旋转零件相对平移速度1‑100 mm/s；调节上述工艺条件与参数，获得零件不同区域表面预涂层都产生均匀熔化的匹配的感应线圈输出功率，形成各亚层之间成分互扩散的连续的梯度过渡、与零件基体冶金结合的致密无裂纹梯度硬质复合材料涂层。