本發(fā)明屬于金屬表面加工處理，具體涉及一種金屬表面共滲組合物、耐磨耐氧化涂層和制備方法。

背景技術(shù)：

1、不銹鋼具有極強(qiáng)的防銹、耐腐蝕性能，同時還具有優(yōu)良的可塑性和韌性，被廣泛用于各行各業(yè)，其中粉末材料智能工廠的建造便離不開不銹鋼材料的使用，如磷酸鐵鋰粉末在運(yùn)輸時需要使用不銹鋼管，漿料合漿時也需要使用由不銹鋼材料制備成的攪拌槳，粉末球磨時也需要不銹鋼材質(zhì)的罐子或磨球。然而不銹鋼材料在面對粉末高速沖刷或高速攪拌環(huán)境時，其表面往往會出現(xiàn)磨損，向粉末以及漿料中引入鋼鐵雜質(zhì)，對粉末材料品質(zhì)產(chǎn)生不良影響；此外，部分粉末高能球磨過程中，不銹鋼罐體溫度會快速升高，部分特殊工況甚至達(dá)到800℃，在快速磨損和高溫氧化的耦合環(huán)境下，不銹鋼材料的使用壽命也會大大降低。因此，需要對不銹鋼構(gòu)件進(jìn)行表面處理以提升其耐磨性能和耐高溫氧化性能。

2、目前，針對不銹鋼的表面處理技術(shù)主要包括有化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、熱噴涂、電鍍等，其中化學(xué)鍍、電鍍和熱噴涂等方法成本較低，但制備的涂層結(jié)合力一般，難以滿足復(fù)雜苛刻工況；化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積等方法制備出的涂層雖然具有高硬度和良好的耐磨性能，但是其受限于不銹鋼基材的尺寸要求、制備成本高，涂層偏薄，且不能均勻處理內(nèi)壁問題。針對上述問題，在不銹鋼構(gòu)件表面采用高溫?zé)釘U(kuò)散法或粉末包埋共滲法制備涂層是一種良好解決方式，其成本低、結(jié)合強(qiáng)度高，制備的涂層具有高硬度、高耐磨性能。一般的滲硼工藝可以在不銹鋼表面生成一層硼化層，雖然具有較高的硬度和良好的耐氧化性能，但是滲硼層的連續(xù)性和致密性差，面對粉末沖刷容易脫落，耐磨性能差。

3、滲硼劑可以提高鋼材的硬度等性能，滲硼劑一般以硼鐵(fe-b)為供硼劑，氟硼酸鉀(kbf4)和碳酸氫銨(nh4hc03)為催滲劑，工業(yè)純氧化鋁(al2o3)為填充劑。cn201010527772.2公開了一種硬質(zhì)合金表面滲硼處理方法，其固態(tài)滲硼劑是由供硼劑、活化劑、填料組成，其中供硼劑重量百分比為5%-50%，活化劑重量百分比為2%-40%，其余為填料。供硼劑為粉末狀的bc、bn、無定形硼中的一種或多種；活化劑為粉末狀的kbf4，nabf4、nh4bf4、(nh4)2co3、氧化稀土、mg粉中的兩種或多種，且其中之一為含有b元素的活化劑粉末；填料為石墨顆粒與sic粉或a12o3粉?；罨瘎┲械膋bf4、nabf4、nh4bf4、(nh4)2co3在滲硼溫度下分解產(chǎn)生的氣體，與部分供硼劑反應(yīng)形成b原子，在前述未反應(yīng)完的分解氣體及惰性氣體或氫氣攜帶下，和余下的供硼劑共同對待滲硼的硬質(zhì)合金表面進(jìn)行氣—固相滲硼。其耐磨耐腐蝕性能還有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種金屬表面共滲組合物、耐磨耐氧化涂層和制備方法，有效提高其耐磨、耐腐蝕和耐氧化性能，同時具有較高的硬度。

2、本發(fā)明實施例包括一種金屬表面共滲組合物，包括如下重量百分含量組分，b4c20~25%，naf?3~5%，nh4cl?3~5%，nh4hco31~3%，v2o512~20%，sic?50~60%，cecl31~2%。

3、優(yōu)選的，包括如下重量百分?jǐn)?shù)組分，b4c?20%，naf?3~5%，nh4cl?3%，nh4hco31~2%，v2o512~13%，sic?55~60%，cecl31~2%。

4、本發(fā)明實施例提供一種耐磨耐氧化涂層的制備方法，將金屬表面用所述的金屬表面共滲組合物進(jìn)行共滲處理，得到耐磨耐氧化涂層。

5、所述共滲處理一般為將金屬和金屬表面共滲組合物在高溫環(huán)境下保溫，使金屬表面共滲組合物滲入到金屬表面。一般操作方式為，將金屬與金屬表面共滲組合物放置于坩堝中進(jìn)行包埋，然后將其放入高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行共滲處理。坩堝優(yōu)選為莫來石耐火磚材料制成。共滲處理一般在高溫?zé)Y(jié)爐中進(jìn)行時，需要通入保護(hù)氣氛，比如氬氣或氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)。

6、其中一個實施例中，共滲處理的加熱方式為，先加熱到500~600℃，保溫；然后加熱到940~960℃，保溫，最后冷卻。

7、其中一個實施例中，加熱到500~600℃，保溫1~2h，加熱到940~960℃，保溫1~2h。

8、其中一個實施例中，加熱方式中的升溫速率為10～12℃/min。

9、其中一個實施例中，所述金屬為不銹鋼。不銹鋼在進(jìn)行共滲處理時，需要進(jìn)行清潔，一般操作方式為，去除不銹鋼表面油污和氧化層并用酒精超聲清洗。

10、其中一個實施例中，所述金屬表面共滲組合物在進(jìn)行共滲處理時，采用攪拌方式充分混合，轉(zhuǎn)速為150~250r/min，混料時間為8~12h，混料后干燥，干燥時間為1~2h。

11、其中一個實施例中，金屬表面共滲組合物在循環(huán)使用時，應(yīng)添加與原粉末成分相比等量的naf、nh4cl和nh4hco3、1/2量的b4c、1/4量的v2o5、1/5量的sic和1/10量的cecl3。

12、本發(fā)明實施例提供一種耐磨耐氧化涂層，采用所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法得到。

13、本發(fā)明的有益效果是，基于金屬，比如不銹鋼表面利用摻入金屬表面共滲組合物制備的耐磨耐氧化涂層，克服了傳統(tǒng)表面處理方式如物理氣相沉積(pvd)、化學(xué)氣相沉積(cvd)等存在的工件尺寸受限、成本高且無法均勻處理內(nèi)孔等問題。硼釩共滲還可以解決單一滲硼致密性差和單一滲釩滲速慢的問題，硼釩共滲復(fù)合涂層的硬度比單一滲硼層的硬度更高，耐磨耐氧化性能更好，同時稀土元素的引入還能有效改善滲硼層的組織結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更加致密。該工藝簡單，應(yīng)用前景廣闊，能解決實際生產(chǎn)中的諸多問題。

14、本發(fā)明的活化劑中加入一定量的氯化銨，活性元素[cl]導(dǎo)致涂層組織結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)了變化且涂層厚度偏薄，同時提高了涂層的硬度和耐磨耐氧化性能。本發(fā)明加入cecl3而不是ceo2，

15、cecl3會在共滲溫度下部分分解產(chǎn)生[ce]原子和[cl]原子，[ce]原子具有強(qiáng)還原性，會和v2o5反應(yīng)還原出活性[v]，并生成ceo2，其可以抑制feb硬脆相的生成，并且[ce]還會與鋼表面的fe2o3反應(yīng)，去除表面氧化膜生成fe，有利于[b]和[v]向內(nèi)擴(kuò)散；[ce]原子滲入鋼表面后還會增大fe表面的晶格畸變，使fe表面能增加，有利于活性[b]和[v]原子在鋼表面的吸附和固溶，進(jìn)一步促進(jìn)硼釩共滲的進(jìn)程；經(jīng)cecl3分解出的[cl]原子以及cecl3中的cl離子會與氯化銨中的活性[cl]元素共同作用改善涂層的組織結(jié)構(gòu)，提高涂層的硬度和耐磨耐氧化性能。本發(fā)明采用分步加熱的方式進(jìn)行加熱，其可以緩解加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并使基體的組織結(jié)構(gòu)更加均勻，有利于提高稀土硼釩共滲生成的涂層質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.?一種金屬表面共滲組合物，其特征是，包括如下重量百分含量組分，b4c?20~25%，naf3~5%，nh4cl?3~5%，nh4hco3?1~3%，v2o5?12~20%，sic?50~60%，cecl3?1~2%。

2.?如權(quán)利要求1所述的金屬表面共滲組合物，其特征是，包括如下重量百分?jǐn)?shù)組分，b4c20%，naf?3~5%，nh4cl?3%，nh4hco3?1~2%，v2o5?12~13%，sic?55~60%，cecl3?1~2%。

3.一種耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，將金屬表面用如權(quán)利要求1或2所述的金屬表面共滲組合物進(jìn)行共滲處理，得到耐磨耐氧化涂層。

4.如權(quán)利要求3所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，共滲處理的加熱方式為，先加熱到500~600℃，保溫；然后加熱到940~960℃，保溫，最后冷卻。

5.如權(quán)利要求4所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，加熱到500~600℃，保溫1~2h，加熱到940~960℃，保溫1~2h。

6.如權(quán)利要求4所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，加熱方式中的升溫速率為10～12℃/min。

7.如權(quán)利要求3-6任一項所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，所述金屬為不銹鋼。

8.如權(quán)利要求3-6任一項所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，所述金屬表面共滲組合物在進(jìn)行共滲處理時，采用攪拌方式充分混合，轉(zhuǎn)速為150~250r/min，混料時間為8~12h，混料后干燥，干燥時間為1~2h。

9.如權(quán)利要求3-6任一項所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法，其特征是，金屬表面共滲組合物在循環(huán)使用時，應(yīng)添加與原粉末成分相比等量的naf、nh4cl和nh4hco3、1/2量的b4c、1/4量的v2o5、1/5量的sic和1/10量的cecl3。

10.一種耐磨耐氧化涂層，其特征是，采用如權(quán)利要求3-9任一項所述的耐磨耐氧化涂層的制備方法得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于金屬表面加工處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬表面共滲組合物、耐磨耐氧化涂層和制備方法，包括如下重量百分含量組分，B<subgt;4</subgt;C?20~25%，NaF?3~5%，NH<subgt;4</subgt;Cl?3~5%，NH<subgt;4</subgt;HCO<subgt;3?</subgt;1~3%，V<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;?12~20%，SiC?50~60%，CeCl<subgt;3?</subgt;1~2%，本發(fā)明有效提高其耐磨、耐腐蝕和耐氧化性能，同時具有較高的硬度。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡圳陽,劉賽男,段臻,李林波
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東智子智能技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21