[00333530]多尺度复合强化耐磨蚀涂层可控制备技术及产业化

在造纸、冶金、矿山等工业部门中,许多工件及设备由于磨损、腐蚀而迅速失效。研究材料在不同工况条件下磨损机理,开发新型耐磨材料和抗磨技术,对于提高我国工程机械整体质量水平,延长设备安全使用寿命意义重大。研究和实践表明,控制最佳的硬度和KIC的优化组合可获得硬质合金最佳的耐磨性能。但在实际涂层设计中,常把提高硬度作为提高涂层耐磨性的一个基本思路,忽视涂层强度、韧性对耐磨性的影响,这一问题在国内表现的尤为突出。针对这一现象,本课题设计系列具有纳/微米多尺度复合结构的金属/陶瓷复合涂层,研究了涂层的合金增韧及纳米增韧机制,研究涂层结构、强韧性与摩擦磨损特性的定性规律,为实现耐磨涂层的成分及组织结构的优化,开发具有优异综合性能的复合涂层提供支撑。课题主要研究内容： 1、HVOF喷涂纳/微米复合WC/TiC-CoCr高强韧性耐磨蚀涂层技术 选取WC、TiC等金属陶瓷颗粒作为强化相,Co、Cr作为合金相,分别研究了陶瓷相类型、粒度、形态等因素对涂层组织结构和性能的影响,合金粘结相的含量、成分对涂层组织结构、耐磨耐蚀性能等影响。采用正交实验方法研究送粉量（g/min）、喷涂距离（mm）、走枪速度（m/min）三个关键工艺参数对涂层结合强度及显微硬度的影响规律,实现涂层制备工艺的优化。将所开发的金属陶瓷耐磨复合涂层在造纸行业关键零部件-涂布刮刀上成果转化。解决大型长薄壁零件喷涂耐磨涂层的微变形控制技术,金属陶瓷复合涂层的精密磨抛技术等技术难题,实现陶瓷涂布刮刀的完全自主生产。 2、高能束熔覆Ni基WC/TiC、WC/Y2O3等耐磨蚀复合涂层技术 主要开展了合金相含量、成分、陶瓷相含量、类型及稀土氧化物对熔覆涂层的组织、结构和耐磨耐蚀性能的影响,实现涂层粉体材料的优化设计。探讨在激光、等离子等高能束熔覆过程中陶瓷相熔化、分解、析出规律。陶瓷相在涂层中的分布、形态及其对涂层强韧性、耐磨耐蚀性能的影响。并开展了WC/TiC-Ni复合涂层、Ni-WC/ Y2O3等复合涂层的性能研究。将所开发耐磨蚀涂层技术先后在耐磨斗齿、托辊、采煤机截齿等产品应用,研究高能束熔覆过程中的涂层开裂、稀释率、粉末利用率等因素的影响,实现产品性能的优化。 3、在国内外有影响力的期刊上发表文章4 篇,其中 SCI检索2篇,EI 检索 2 篇,相关技术成果授权发明专利7项。 社会效益及应用情况 采用HVOF喷涂工艺制备WC系金属陶瓷耐磨复合涂层在造纸行业关键零部件-涂布刮刀上成果转化。所制备的新型耐磨陶瓷涂布刮刀,使用寿命是传统钢刮刀的8-10倍。该产品在中高速纸机上应用,使用寿命和进口产品相当,涂布纸张的表面光洁度超过了进口产品。目前,该技术在马鞍山智新纳米材料有限公司转化,所开发的产品山东太阳纸业股份有限公司、四川华侨凤凰纸业有限公司、宜宾蓝天纸业股份有限公司、浙江正大纸业集团有限公司等国内20余家大中型纸业集团应用,替代进口,创造了很好的经济社会效益。相关涂层材料和涂层技术可进一步在造纸机烘缸、瓦楞辊、钢厂托辊、轧辊等领域扩展,市场前景广阔。