电火花复合强化层的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，在空气介质中，对含铬钢进行电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电火花强化试样表面时，电极在含铬钢表面移动速度为500～580mm/min。电火花表面复合强化层是由超细组织和部分非晶态组成的合金涂层，主要由TiC、TiB2等组成，复合强化层硬度是基体硬度的5倍多，耐磨性能提高了约6倍，摩擦系数显著降低。
【专利说明】-种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含铬钢表面强化的方法，具体涉及一种含铬钢TiC-TiB2电火花复 合强化层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 电火花表面强化具有生产率高，成本低，处理温度低，可处理大面积，复杂零件等 优点。电火花表面强化层具有较高的硬度和较好的耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性，从而能显 著地提高零件的使用寿命。人们已经成功地将电火花表面强化技术应用于强化或修复导 轨、曲轴、齿轮、缸体、泵体、乳辊、活塞和液压缸等零部件。TiC-TiB2复合材料具有力学强度 大，耐磨性好，硬度高，热膨胀系数小，耐高温，导电率高，抗热震性好和耐化学腐蚀等优良 特性，比单相的TiC或TiC-TiB2陶瓷材料的性能有较大的提高。因此，TiC-TiB2复合材料 在石油化学工业和化工领域可以用作各种耐腐蚀用泵、容器管道及Hall-Heroult电池阴 极，在机械工业中可以用作各种轴承，切削刀具和机械密封部件，在宇航和汽车工业中也被 认为是未来制造燃气轮机，火箭喷嘴和发动机部件的最有希望的候选材料。
[0003] 国内外的学者在电火花表面强化的强化机理、强化层的组织结构、性能测试和设 备研究方面，做了比较广泛得意俺就，取得了较多的成果。然而，对以TiC-TiB2复合材料为 电极的电火花强化层的结构和性能工作开展的极少。
[0004] 汤精明（汤精明，TiC-TiB2电火花复合强化层组织与耐磨性，材料导报，2012， 14:115?117)公开了一种TiC-TiB2电火花复合强化层组织与耐磨性的研究，该方法利用 电火花方法表面强化得到TiC-TiB2电火花复合强化层，达到了刚的表面强化的目的。但是， 该方法得到的钢的耐磨性能仍然较差，无法满足实际应用的需要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的之一在于提供一种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法， 采用所述方法制备得到的强化层的耐磨性能十分优异。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007] -种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] 在空气介质中，对含铬钢进行电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材 料，电火花强化试样表面时，电极在含铬钢表面移动速度为500?580mm/min。
[0009] 优选地，所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为30?34wt%，TiB2含量为40? 45wt%〇
[0010]所述TiC的含量例如为 30. 5wt%、31wt%、31. 5wt%、32wt%、32. 5wt%、33wt%、 33. 5wt%〇
[0011]所述TiB2 含量例如为 40. 5wt%、41wt%、41. 5wt%、42wt%、42. 5wt%、43wt%、43. 5wt%、 44wt%、44. 5wt%〇
[0012] 优选地，在表面强化处理前，对含铬刚进行预处理：
[0013] 先用丙酮清洗含铬钢表面，然后用无水酒精清洗，最后干燥，得到预处理的含铬 钢。
[0014] 优选地，电极在含铬钢表面移动速度为520?580mm/min，进一步优选530? 580mm/min,例如为 525mm/min、535mm/min、540mm/min、545mm/min、550mm/min、555mm/min、 560mm/min、565mm/min、570mm/min、575mm/min〇
[0015] 所述电火花表面强化的电压为30?50V，优选32?48V，进一步优选33?45V，例 如 31V、34V、36V、38V、40V、42V、44V、46V、48V。
[0016] 所述电火花表面强化的电容为250?290μF，优选255?285μF，进一步优选 260 ?280μF,例如 253μF、256μF、262μF、265μF、270μF、275μF、278μF、282μF、 286μF、289μF。
[0017] 本发明所述强化层结构致密，基本无孔洞，强化层与基体的过渡层没有出现明显 分层和裂纹，界面结构致密较为理想。强化层与基体之间的结合区的组织形貌为典型的树 枝晶，沿着与界面垂直的方向生长。界面为波纹形，说明强化层与基体已呈冶金结合，这种 冶金结合有助于提高强化层与基体之间的结合力，有利于强化层的稳定存在，保证了强化 层与基体的连续性，从而具有良好的性能。
[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0019] 电火花表面复合强化层是由超细组织和部分非晶态组成的合金涂层，主要由TiC、 TiB2等组成，复合强化层硬度是基体硬度的5倍多，耐磨性能提高了约6倍，摩擦系数显著 降低。
【具体实施方式】
[0020] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0021] 实施例1
[0022] -种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0023] 在表面强化处理前，对含铬刚进行预处理，在空气介质中，对预处理的含铬钢进行 电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电火花强化试样表面时，电极在含 铬钢表面移动速度为500mm/min，电火花表面强化的电压为30V，电火花表面强化的电容为 250μF所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为30wt%，TiB2含量为40wt%。
[0024] 实施例2
[0025] -种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0026] 在表面强化处理前，对含铬刚进行预处理，在空气介质中，对预处理的含铬钢进行 电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电火花强化试样表面时，电极在含 铬钢表面移动速度为580mm/min，电火花表面强化的电压为50V，电火花表面强化的电容为 290μF所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为34wt%，TiB2含量为45wt%。
[0027] 实施例3
[0028] -种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0029] 在表面强化处理前，对含铬刚进行预处理，在空气介质中，对预处理的含铬钢进行 电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电火花强化试样表面时，电极在含 铬钢表面移动速度为530mm/min，电火花表面强化的电压为40V，电火花表面强化的电容为 260μF所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为32wt%，TiB2含量为43wt%。
[0030]实施例4
[0031] 一种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0032] 在表面强化处理前，对含铬刚进行预处理，在空气介质中，对预处理的含铬钢进行 电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电火花强化试样表面时，电极在含 铬钢表面移动速度为560mm/min，电火花表面强化的电压为40V，电火花表面强化的电容为 280μF所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为31wt%，TiB2含量为42wt%。
[0033] 磨损实验：试样长、宽分别为25mm和3mm，由于电火花表面强化制备的TiC-TiB2复 合强化层具有较低的表面粗糙度，强化层不需经打磨直接进行磨损测试。采用环-块磨损 试验机进行室温、干滑动摩擦实验。
[0034] 在磨损实验过程中，采用试验机记录仪记录运行轨迹，利用测量的力矩通过公式 计算出摩擦系数。每隔一定时间测定一次试验的磨损失重，采用TG328B型电光分析天平测 量失重，分度值为〇.lmg。最终试样的损失失重为同一条件下3个试样磨损失重的平均值， 试验的磨损失重记为W，以W作为试样耐磨性的指标。
[0035] 采用HV-1000型显微硬度计测量测量含铬钢电火花强化表面和沿电火花强化层 深度方向的显微硬度，保压时间为15s，负荷为0. 98N。
[0036] 显微硬度测试结果表明：强化层的硬度表现为沿深度方向梯度降低。
[0037] 对含铬钢和TiC-TiB2复合强化层的摩擦系数进行了测量，具体测试结果如表1所 /Jn〇
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1. 一种含铬钢TiC-TiB2电火花复合强化层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如 下步骤： 在空气介质中，对含铬钢进行电火花表面强化处理，电极材料为TiC-TiB2复合材料，电 火花强化试样表面时，电极在含铬钢表面移动速度为500?580mm/min。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TiC-TiB2复合材料中TiC含量为30? 34wt%〇
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述TiC-TiB2复合材料中TiB2含量为 40 ?45wt%。
4. 如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在表面强化处理前，对含铬刚进行预 处理： 先用丙酮清洗含铬钢表面，然后用无水酒精清洗，最后干燥，得到预处理的含铬钢。
5. 如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，电极在含铬钢表面移动速度为520? 580mm/min，进一步优选 530 ?580mm/min。
6. 如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，所述电火花表面强化的电压为30? 50V，优选32?48V，进一步优选33?45V。
7. 如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，所述电火花表面强化的电容为250? 290 μ F，优选 255 ?285 μ F，进一步优选 260 ?280 μ F。
【文档编号】C23C4/10GK104278229SQ201310295014
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】李飞 申请人:无锡成博科技发展有限公司