权利要求
1.一种硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，其特征在于，所述耐磨涂层通过将金属布Ⅰ和金属布Ⅱ叠加辊压成一块梯度金属布后，置于45钢管表面并采用真空钎焊工艺获得;其中，金属布Ⅰ和金属布Ⅱ均通过混粉、球磨、辊压工艺制备，原料包括WC粉末、NiCrBSi粉末以及有机添加剂;其中，通过调节金属布中WC粉与NiCrBSi粉末的比例，调控耐磨涂层的硬度，提高耐磨涂层与基材的结合强度。
2.根据权利要求1所述的硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，其特征在于，按质量百分比计，所述金属布Ⅰ中，WC粉：NiCrBSi粉末=10%：90%~50%：50%;所述金属布Ⅱ中，WC粉：NiCrBSi粉末=90%：10%~50%：50%;金属布Ⅰ和金属布Ⅱ中WC粉和NiCrBSi粉末组成的混合粉末与有机添加剂的质量比均为30:1。
3.根据权利要求2所述的硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，其特征在于，按质量百分比计，所述金属布Ⅰ中，WC粉：NiCrBSi粉末=10%：90%;所述金属布Ⅱ中，WC粉：NiCrBSi粉末=90%：10%。
4.根据权利要求1所述的硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，其特征在于，所述有机添加剂由2.4wt.%分散剂、9.6wt.%粘结剂、4wt.%增塑剂和84wt.%溶剂组成;所述分散剂为Hypermer KD-1;所述粘结剂为PVB;所述增塑剂为PEG和丙三醇;所述溶剂为无水乙醇和丁酮。
5.权利要求1~4任一所述硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层中梯度金属布的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，混合后，得到混合粉末;
(2)步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，经过球磨后，得到均匀混合体;
(3)将步骤(2)得到的均匀混合体放入模具，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块进行辊压，初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
(4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ;
(5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ和金属布Ⅱ叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
6.根据权利要求5所述梯度金属布的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，球磨的球料配比为5:1、转速为230rmp，时间为1h;球磨的方式为正转-逆转交替运行。
7.根据权利要求5所述梯度金属布的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，金属布进行叠加辊压的方式为金属布Ⅱ作为远离基材的一层、在上，金属布Ⅰ作为靠近基材的一层、在下。
8.权利要求1~4任一所述硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层中梯度金属布在金属表面加工中的应用，方法为：通过真空钎焊的方法，在金属基材表面制备出耐磨涂层。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，步骤如下：
(1)在DN50×10×50的45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将梯度金属布剪切成50×160×1.5m的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
(2)将装备好的试样整体立放于真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1050℃，保温20min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样，即完成对45钢管的表面加工。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于表面工程技术领域，尤其涉及一种硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层及其制备方法和应用。
背景技术
[0002]WC的润湿性好、熔点高、硬度大，常用作金属涂层中的增强相。WC增强的NiCrBSi合金涂层兼具两者的优异性能，在保证涂层与母材结合强度同时，具备高硬度和高耐磨性。工业生产中将WC增强相引入金属涂层中的常用工艺有热喷涂与堆焊，但由于工件工作环境和表面性能要求的提高，这些耐磨处理方法已经逐渐不能满足实际生产的需要。如：热喷涂涂层与基体间的连接强度不高，涂层厚度无法保证，粉末利用率低;堆焊过程受热不均匀，温度梯度大，WC易烧损，制备高质量百分比含量的WC涂层有裂纹。因而现有WC涂层制备方法还有待完善的地方。
[0003]真空钎焊是一种无污染，无光、无热、无烟雾的先进焊接方法，在保证WC颗粒利用率的同时，通过电子系统精确的控制基体相与金属基体之间形成冶金结合。基体相包裹增强相，从而制备出硬度高且耐磨的耐磨涂层。
[0004]基于此，如何利用真空钎焊工艺加工处理WC涂层材料，制备出一种硬度大、结合强度高的涂层
复合材料成为当下需解决的问题。
发明内容
[0005]本发明的第一目的在于，提供一种硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，该涂层成型效果好，涂层表面平整。
[0006]本发明的第二目的在于，提出一种耐磨涂层的制备方法，该方法可通过改变WC和NiCrBSi的质量比，获得WC百分比含量高的耐磨涂层。
[0007]本发明的第三目的在于，提出一种硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层的应用，通过上述方法制备得到的梯度金属布，包覆金属基体表面，通过真空钎焊获得的耐磨涂层与基体结合强度高。
[0008]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0009]一种硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层，所述耐磨涂层通过将金属布Ⅰ和金属布Ⅱ叠加辊压成一块梯度金属布后，置于45钢管表面并采用真空钎焊工艺获得;其中，金属布Ⅰ和金属布Ⅱ均由WC粉末、NiCrBSi粉末和有机添加剂通过混粉、球磨、辊压工艺制备而成;其中，通过调节金属布中WC粉与NiCrBSi粉末的比例，调控耐磨涂层的硬度，提高耐磨涂层与基材的结合强度。
[0010]进一步地，按质量百分比计，所述金属布Ⅰ中，WC粉：NiCrBSi粉末=10%：90%~50%：50%;所述金属布Ⅱ中，WC粉：NiCrBSi粉末=90%：10%~50%：50%;金属布Ⅰ和金属布Ⅱ中WC粉和NiCrBSi粉末组成的混合粉末与有机添加剂的质量比均为30:1。
[0011]进一步地，按质量百分比计，所述金属布Ⅰ中，WC粉：NiCrBSi粉末=10%：90%;所述金属布Ⅱ中，WC粉：NiCrBSi粉末=90%：10%。
[0012]进一步地，所述有机添加剂由2.4wt.%分散剂、9.6wt.%粘结剂、4wt.%增塑剂和84wt.%溶剂组成;所述分散剂为Hypermer KD-1;所述粘结剂为PVB;所述增塑剂选自PEG和丙三醇;所述溶剂选自无水乙醇和丁酮。
[0013]进一步地，上述任一所述梯度金属布制备方法，步骤如下：
[0014](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，混合后，得到混合粉末;
[0015](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，经过球磨后，得到均匀混合体;
[0016](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放入模具，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块进行辊压，初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0017](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ;
[0018](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0019]进一步地，所述步骤(2)中，球磨的球料配比为5:1、转速为230rmp，时间为1h;球磨的方式为正转-逆转交替运行。
[0020]进一步地，所述步骤(5)中，金属布进行叠加辊压的方式为金属布Ⅱ作为远离基材的一层、在上，金属布Ⅰ作为靠近基材的一层、在下。
[0021]进一步地，梯度金属布在金属表面加工中的应用，方法为：梯度金属布包覆金属基体表面，通过真空钎焊方法制备耐磨涂层，步骤如下：
[0022](1)在DN50×10×50的45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将耐磨涂层剪切成160×50×1.5mm的金属布，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0023](2)将装备好的试样整体立放于真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1050℃，保温20min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样，即完成对45钢管的表面加工。
[0024]相比于现有技术，本发明的有益效果如下：
[0025]1)本发明制备获得的梯度金属布成分均匀且致密，通过调整辊压机滚轮之间的距离，来控制梯度金属布的最终厚度。
[0026]2)本发明制备的梯度金属布具有一定韧性，裁剪后可以在平面、垂直面、曲面、曲折面等形状的工件表面制造涂层。
[0027]3)本发明制备的梯度金属布可以通过改变WC和NiCrBSi的质量比，来改变所获得涂层的硬度和耐磨性。
[0028]4)梯度金属布通过真空钎焊后，获得的涂层成型效果好，涂层表面平整;靠近基体侧NiCrBSi含量高，涂层与基体结合强度高;靠近表层侧，WC含量高，获得表面WC含量大于90%的无裂纹高耐磨涂层。表面高硬度，高耐磨。
[0029]5)真空钎焊精确控制焊接温度、真空度，炉内温度均匀性好。真空钎焊过程中无光、无热、无烟雾，无污染。
附图说明
[0030]图1为金属粉末含量相同，添加不同含量有机添加剂的金属布，通过真空钎焊所得涂层的实物图，其中，从左到右分别对应对比例1、对比例2、对比例3、实施例6、对比例4和对比例5;
[0031]图2为实施例6中涂层微观组织图;
[0032]图3为实施例7中涂层微观组织图;
[0033]图4为实施例8中涂层微观组织图;
[0034]图5为实施例9中涂层微观组织图;
[0035]图6为实施例10中涂层微观组织图。
具体实施方式
[0036]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0037]以下各实施例所用原料若无特殊说明，均为市售可获得产品。
[0038]本发明以下各实施例中所用的有机添加剂的配方如下表所示：
[0039]
[0040]注：无水乙醇与丁酮互溶，无水乙醇是一种含有氢键的极性分子，丁酮则是一种含有羰基(C=O)并具有极性特性的分子。它们都具有极性分子结构，因此能通过分子间的相互作用(如氢键和偶极-偶极作用)形成溶解，乙醇和丁酮都属于较为极性的有机溶剂，相互之间的溶解度较高。尤其是乙醇，其极性较强，能与丁酮分子中极性的部分形成相互作用。
[0041]聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶于无水乙醇，Hypermer KD-1溶于丁酮溶剂，先将无水乙醇、丁酮和分散剂(HYKD-1)混合均匀，再加入粘结剂(PVB)和增塑剂(PEG和丙三醇)进行混合，制备出有机添加剂。
[0042]本发明所采用的WC粉颗粒的晶粒度由80~100目、180~200目和250~300目三种规格组成，其比例为1：2：2。
[0043]本发明所采用的NiCrBSi粉末的晶粒度为200目。
[0044]本发明所采用的轧制工艺在室温条件下进行;所采用的真空钎焊设备为VB-8812MD真空钎焊炉。
[0045]硬度的测试方法：线切割出10mm×10mm×10mm的涂层试样，上下两面打磨平行，测试的平面水磨后抛光。采用HRS-150型洛氏硬度计测量耐磨涂层表面硬度，压头为金刚石，载荷为150Kg，保载时间为10s。按照标准，测试点距试样边缘的距离不小于2mm，点与点之间的距离设为2mm。每个数据测量6次取平均值。
[0046]结合强度的测试方法：使用CMT5205电子万能试验机和自制的剪切夹具，将涂层从基体上剥离开来，每种涂层试样取3个剪切试样，试样的尺寸5mm×5mm×10mm，压头加载的位移速率为0.3mm/min，测量结果的平均值作为涂层界面的结合强度。
[0047]实施例1
[0048]一种梯度金属布，包括金属布Ⅰ与金属布Ⅱ;其中，金属布Ⅰ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉10%、NiCrBSi粉末90%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉90%、NiCrBSi粉末10%)与有机添加剂。在金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1。
[0049]上述金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0050](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，将其混合后，得到混合粉末;
[0051](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，球料配比为5:1、转速为230rmp条件下，正转-逆转交替运行1h，得到均匀混合体;
[0052](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放在矩形模框中压实，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块放在自动辊压设备上进行辊压，首先初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0053](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ。
[0054](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0055]实施例2
[0056]一种梯度金属布，包括金属布Ⅰ与金属布Ⅱ;其中，金属布Ⅰ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉20%、NiCrBSi粉末80%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉80%、NiCrBSi粉末20%)与有机添加剂。在金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1。
[0057]上述金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0058](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，将其混合后，得到混合粉末;
[0059](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，球料配比为5:1、转速为230rmp条件下，正转-逆转交替运行1h，得到均匀混合体;
[0060](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放在矩形模框中压实，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块放在自动辊压设备上进行辊压，首先初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0061](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ。
[0062](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0063]实施例3
[0064]一种梯度金属布，包括金属布Ⅰ与金属布Ⅱ;其中，金属布Ⅰ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉30%、NiCrBSi粉末70%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉70%、NiCrBSi粉末30%)与有机添加剂。在金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1。
[0065]上述金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0066](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，将其混合后，得到混合粉末;
[0067](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，球料配比为5:1、转速为230rmp条件下，正转-逆转交替运行1h，得到均匀混合体;
[0068](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放在矩形模框中压实，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块放在自动辊压设备上进行辊压，首先初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0069](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ。
[0070](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0071]实施例4
[0072]一种梯度金属布，包括金属布Ⅰ与金属布Ⅱ;其中，金属布Ⅰ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉40%、NiCrBSi粉末60%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉60%、NiCrBSi粉末40%)与有机添加剂。在金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1。
[0073]上述金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0074](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，将其混合后，得到混合粉末;
[0075](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，球料配比为5:1、转速为230rmp条件下，正转-逆转交替运行1h，得到均匀混合体;
[0076](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放在矩形模框中压实，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块放在自动辊压设备上进行辊压，首先初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0077](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ。
[0078](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0079]实施例5
[0080]一种梯度金属布，包括金属布Ⅰ与金属布Ⅱ;其中，金属布Ⅰ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉50%、NiCrBSi粉末50%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(按质量百分比计，WC粉50%、NiCrBSi粉末50%)与有机添加剂。在金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1。
[0081]上述金属涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0082](1)按质量百分比称取WC粉与NiCrBSi合金粉，将其混合后，得到混合粉末;
[0083](2)将步骤(1)得到的混合粉末与有机添加剂按照质量比为30:1加入球磨机中，球料配比为5:1、转速为230rmp条件下，正转-逆转交替运行1h，得到均匀混合体;
[0084](3)将步骤(2)得到的均匀混合体放在矩形模框中压实，脱模后得到厚度在4~6mm的矩形块;将矩形块放在自动辊压设备上进行辊压，首先初步调整辊轮之间的距离4~5mm，轧制温度为30~40℃，轧制速率0.2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到厚度在4~5mm的矩形块;
[0085](4)再将辊轮之间的距离调节为1.2mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到1.2mm厚度的金属布Ⅰ;将辊轮之间的距离调节为0.8mm，轧制速率2m/min，矩形块通过辊轮，经过折叠，旋转90°，重复辊压，重复此步骤4~5次，得到0.8mm厚度的金属布Ⅱ。
[0086](5)将步骤(4)得到的金属布Ⅰ与金属布Ⅱ进行叠加，将辊轮间距调节到1.5mm，辊压形成一块梯度金属布。
[0087]由上述实施例1~5制备获得的梯度金属布包覆金属基材表面，通过真空钎焊技术制备金属表面耐磨涂层。
[0088]实施例6
[0089]45钢管表面耐磨涂层的制备方法，步骤如下：
[0090](1)准备DN50×10×50的45钢管，用砂纸打磨45钢管表面，放入丙酮中超声波清洗，吹干后，在45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将实施例1中制备得到的梯度金属布剪切成50×160×1.5mm的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0091](2)将装备好的试样整体立放于真空度为7.0×10-3 Pa的真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1050℃，保温20min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
[0092]通过观察，45钢管表面涂层均匀平整，成型好，形成致密的界面结合，对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0093]实施例7
[0094]45钢管表面耐磨涂层的制备方法，步骤如下：
[0095](1)准备DN50×10×50的45钢管，用砂纸打磨45钢管表面，放入丙酮中超声波清洗，吹干后，在45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将实施例2中制备得到的梯度金属布剪切成50×160×1.5mm的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0096](2)将装备好的试样整体立放于真空度为7.0×10-3 Pa的真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1080℃，保温15min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
[0097]通过观察，45钢管表面涂层均匀平整，成型好，形成致密的界面结合，对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0098]实施例8
[0099]45钢管表面耐磨涂层的制备方法，步骤如下：
[0100](1)准备DN50×10×50的45钢管，用砂纸打磨45钢管表面，放入丙酮中超声波清洗，吹干后，在45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将实施例3中制备得到的梯度金属布剪切成50×160×1.5mm的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0101](2)将装备好的试样整体立放于真空度为7.0×10-3 Pa的真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1080℃，保温15min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
[0102]通过观察，45钢管表面涂层均匀平整，成型好，形成致密的界面结合，对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0103]实施例9
[0104]45钢管表面耐磨涂层的制备方法，步骤如下：
[0105](1)准备DN50×10×50的45钢管，用砂纸打磨45钢管表面，放入丙酮中超声波清洗，吹干后，在45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将实施例4中制备得到的梯度金属布剪切成50×160×1.5mm的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0106](2)将装备好的试样整体立放于真空度为7.0×10-3 Pa的真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1080℃，保温15min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
[0107]通过观察，45钢管表面涂层均匀平整，成型好，形成致密的界面结合，对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0108]实施例10
[0109]45钢管表面耐磨涂层的制备方法，步骤如下：
[0110](1)准备DN50×10×50的45钢管，用砂纸打磨45钢管表面，放入丙酮中超声波清洗，吹干后，在45钢管表面均匀涂抹有机硅环氧树脂AB胶;将实施例5中制备得到的梯度金属布剪切成50×160×1.5mm的尺寸，将裁剪后的梯度金属布包覆于45钢管表面，再将耐高温陶瓷纤维垫覆盖金属布表面，用钢丝网进行包扎和紧固;
[0111](2)将装备好的试样整体立放于真空度为7.0×10-3 Pa的真空钎焊炉中，以10℃/min的升温速率升至350℃，保温30min后，继续升温至1080℃，保温15min，再以5℃/min的速率冷却至700℃，并随炉冷却至室温，取出试样。
[0112]通过观察，45钢管表面涂层均匀平整，成型好，形成致密的界面结合，对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0113]对比例1
[0114]技术方案同实施例1，不同在于改变混合粉末与有机添加剂的配比为5：1，其他部分不变。制备得到的耐磨涂层按照实施例6中的方法，进行45钢管表面涂层的焊接。对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0115]对比例2
[0116]技术方案同实施例1，不同在于改变混合粉末与有机添加剂的配比为10：1，其他部分不变。制备得到的耐磨涂层按照实施例6中的方法，进行45钢管表面涂层的焊接。对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0117]对比例3
[0118]技术方案同实施例1，不同在于改变混合粉末与有机添加剂的配比为20：1，其他部分不变。制备得到的耐磨涂层按照实施例6中的方法，进行45钢管表面涂层的焊接。对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0119]对比例4
[0120]技术方案同实施例1，不同在于改变混合粉末与有机添加剂的配比为40：1，其他部分不变。制备得到的耐磨涂层按照实施例6中的方法，进行45钢管表面涂层的焊接。对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0121]对比例5
[0122]技术方案同实施例1，不同在于改变混合粉末与有机添加剂的配比为50：1，其他部分不变。制备得到的耐磨涂层按照实施例6中的方法，进行45钢管表面涂层的焊接。对涂层材料表面进行多点测试，测试结果如下表1所示。
[0123]表1 实施例6~10和对比例1~5中45钢材焊接的表面涂层测试结果对比表
[0124]
[0125]由上表1各组数据对比发现，在实施例6~实施例9中，金属布Ⅰ中NiCrBSi粉末含量越大，涂层与基体的结合强度越高;金属布Ⅱ中WC颗粒含量越大时，涂层的硬度越大。
[0126]有机物添加剂主要起到粘接的作用，将镍基粉末和碳化钨粉末变成有机的整体，有助于轧制成布。真空钎焊过程中，机物添加剂在350℃时，挥发殆尽，不参与镍基碳化钨与金属基体间的冶金反应，也不会夹杂与金属涂层之中，所以不会对涂层的硬度和剪切强度产生影响。机物添加剂主要影响金属布的成型，进而影响涂层的宏观形貌粘接剂的添加量影响涂层表面的宏观形貌。如图1所示，混合粉末与有机添加剂的配比由左至右分别为5：1、10：1、20：1、30：1、40：1、50：1，机物添加剂的占比逐渐减少。当有机物添加剂的含量为5：1、10：1、20：1时，轧制出的金属布不散，金属布偏硬，韧性欠佳。在真空钎焊过程中机物添加剂全部挥发，剩下的镍基碳化钨粉末含量少，所制备的涂层出现明显龟裂和沟壑。有机物添加剂的占比越多，产生龟裂和沟壑的程度越明显，缺陷明显的涂层不足以进行力学性能测试，导致实验对比例1与对比例2的硬度和结合强度数据缺失。当其比例为30：1时，轧制出的金属布成型美观，韧性好，可折叠，实施例6所得涂层的宏观形貌最好，有金属光泽，表面平整，成型致密。当有机物添加剂的含量为40：1、50：1时，轧制出的金属布韧性差，易散。有机物添加剂的含量少，影响金属布的成型，金属布的成型欠佳，进而影响涂层的表面宏观形貌，实验对比例4与对比例5所得涂层表面粗糙。对比例3~5的力学测试数据好，但是对比例3有少量的龟裂和沟壑，对比例4和对比例5涂层表面粗糙，耐磨涂层有着表面缺陷，实用性不佳，故而金属粉末与有机添加剂的配比30：1时，轧制的金属布成型美观，韧性好，制备的涂层的宏观形貌最好，有金属光泽，表面平整，成型致密，具有实用性。
[0127]随着外层金属布Ⅱ中WC硬质颗粒的比例在限定的范围内增加，硬度会逐渐升高，WC含量继续增加将导致其与钎料之间的冶金结合程度降低。如图2~6所示，钎料对其的支撑作用减弱，甚至有些WC颗粒之间的间隙未被液态钎料填充，在涂层内形成孔隙，表面容易开裂。基体表面没有足够的液态钎料润湿，涂层与金属基体的结合强度低。通过梯度的金属布配合，里层金属布Ⅰ中NiCrBSi的比例增加，使得有足够的钎料，润湿WC和金属基体表面并填充WC颗粒之间的间隙。在真空钎焊过程中外层的金属布Ⅱ主要以WC为主，在里层金属布Ⅰ主要以NiCrBSi为主，真空钎焊过程中WC保持固态，金属布Ⅱ整体在金属布Ⅰ的NiCrBSi液相中向下平移。梯度金属布的配合，保证涂层的表面具备高硬度高耐磨性的同时，也具备高的结合强度。最佳梯度金属布的配合为金属布Ⅰ包括混合粉末(WC粉10%、NiCrBSi粉末90%)与有机添加剂;金属布Ⅱ包括混合粉末(WC粉90%、NiCrBSi粉末10%)与有机添加剂。金属布Ⅰ与金属布Ⅱ中，混合粉末与有机添加剂质量比均为30:1，表面涂层测试结果为表面洛氏硬度为87HRC，结合强度为425MPa。
[0128]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(6)
声明：
“硬度可调控、结合强度高的耐磨涂层及其制备方法和应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：上海第二工业大学, 中国机械总院集团宁波智能机床研究院有限公司
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2025年03月20日 ~ 22日 
