本發(fā)明屬于表面工程，尤其涉及一種面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天、制造加工、電子信息等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)于無磁或弱磁材料的研究應(yīng)用日趨廣泛。在極弱磁工程建設(shè)領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)近零磁環(huán)境的建設(shè)，有效降低外磁場的干擾，以保證高精尖儀器的工作精度和提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，對(duì)建筑材料的剩磁指標(biāo)要求極高。然而，傳統(tǒng)的施工器具如攪拌機(jī)部件材料，通常由鑄鐵或碳鋼制造，其硬度、耐磨耐蝕性能較差，服役中易磨損導(dǎo)致物料剩磁率急劇增加，難以滿足極弱磁空間建設(shè)的要求。因此，選擇無磁或弱磁基體材料并在其表面構(gòu)建耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層極為重要。

2、304和316等奧氏體不銹鋼因其優(yōu)異的耐腐蝕性和高溫性能，廣泛應(yīng)用于海洋工程、石油化工和食品醫(yī)療等領(lǐng)域。同時(shí)，由于奧氏體不銹鋼通常為無磁或弱磁性，選用其作為葉片、襯板等部件的替換材料，可以滿足極弱磁空間建設(shè)的近無磁化需求，并且很大程度提高其塑韌性和耐腐蝕性能，對(duì)于提高腔內(nèi)材料服役壽命和攪拌機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性具有很大的幫助。

3、激光熔覆作為一種先進(jìn)環(huán)保的表面改性技術(shù)，具有沉積速率快、結(jié)合強(qiáng)度優(yōu)異、自動(dòng)化程度高和綠色無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工及工程機(jī)械等領(lǐng)域中零部件的表面改性與修復(fù)再制造。例如，在鐵基、鎳基等自熔性金屬中添加硬度高和穩(wěn)定性好的tic、wc等陶瓷顆粒作為硬質(zhì)增強(qiáng)相，用于制備金屬基復(fù)合涂層，能夠有效提高涂層的耐磨耐蝕等性能。

4、然而，現(xiàn)有研究中對(duì)材料磨損導(dǎo)致物料剩磁率增加的問題考慮較少，并且迄今未發(fā)現(xiàn)關(guān)于攪拌機(jī)腔內(nèi)葉片、襯板等部件的耐磨耐沖蝕防護(hù)和無磁/弱磁化應(yīng)用的綜合研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的在于提供一種耐磨性能優(yōu)異、抗沖蝕性能優(yōu)異且在實(shí)際服役過程中剩磁率低的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，本發(fā)明的第二目的在于提供上述面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料的制備方法，本發(fā)明的第三目的在于提供上述面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料的應(yīng)用。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料包括由無磁或弱磁材質(zhì)制成的基體和在基體表面形成的無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層，所述防護(hù)涂層的原料包括質(zhì)量比為6-7：3-4的無磁金屬粉末和陶瓷增強(qiáng)顆粒，陶瓷增強(qiáng)顆粒含量過低則無法起到有效耐磨耐沖蝕防護(hù)效果，含量過高容易誘發(fā)裂紋萌生而使涂層性能惡化。

3、進(jìn)一步地，所述無磁或弱磁材質(zhì)選自奧氏體不銹鋼或無磁鋼。

4、進(jìn)一步地，所述無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層的厚度為200-400μm。

5、進(jìn)一步地，所述無磁金屬粉末為無磁的316l鐵基合金粉末或ni625粉末，粒徑均為15-53μm。

6、進(jìn)一步地，所述陶瓷增強(qiáng)顆粒為wc顆?；騮ic顆粒，所述wc顆粒的粒徑為45-89μm，tic顆粒的粒徑為25-53μm，陶瓷增強(qiáng)顆粒粒徑過小會(huì)導(dǎo)致抵抗微凸體切削作用減小而使涂層耐磨耐沖蝕性能降低，粒徑過大則會(huì)導(dǎo)致顆粒分布不均并削弱界面結(jié)合，極易引起應(yīng)力集中而使涂層裂紋敏感性增加，從而惡化其耐磨耐沖蝕性能。

7、本發(fā)明提供了上述面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料的制備方法，步驟為：將無磁金屬粉末和陶瓷增強(qiáng)顆?；旌闲纬杉す馊鄹膊牧?，通過高速激光熔覆技術(shù)在基體表面制備無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層。

8、進(jìn)一步地，所述激光熔覆技術(shù)的工藝參數(shù)為：所選激光器為半導(dǎo)體激光器，送粉方式為同軸環(huán)形送粉，激光功率為5000-5800w，掃描速度為300-800mm/s，送粉速率為3.5-4.5r/min，各工藝參數(shù)在優(yōu)選范圍內(nèi)時(shí)，能夠保證熔覆層成形質(zhì)量優(yōu)異，涂層稀釋率適中且與基材具有良好的界面結(jié)合，同時(shí)，其內(nèi)部無明顯氣孔、裂紋等微觀缺陷，表現(xiàn)出優(yōu)良的耐磨耐沖蝕性能。

9、本發(fā)明還提供了上述面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料作為機(jī)械零部件在機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用。

10、進(jìn)一步地，所述機(jī)械零部件包括切削部件、內(nèi)襯部件或耐磨部件。

11、進(jìn)一步地，所述機(jī)械設(shè)備包括混凝土攪拌機(jī)。

12、發(fā)明原理：在本發(fā)明中，采用無磁或弱磁材質(zhì)制成基體，有利于實(shí)現(xiàn)全面近無磁化，同時(shí)通過高速激光熔覆技術(shù)制備無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層，可以獲得冶金結(jié)合強(qiáng)度高、組織致密無缺陷和力學(xué)性能優(yōu)異的熔覆層，厚度可控，熔覆層致密無缺陷，與基體之前形成良好的冶金結(jié)合，其中陶瓷增強(qiáng)顆粒分布均勻，與基體之間實(shí)現(xiàn)有益互溶，硬度大幅提升，磨損前后剩磁差異小且數(shù)值低，實(shí)際混凝土攪拌服役環(huán)境下返磁傾向輕微，形成具有優(yōu)異耐磨性能和抗沖蝕性能的無磁熔覆層。

13、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著效果：(1)本發(fā)明采用高速激光熔覆技術(shù)在基體表面制備的無磁耐磨抗沖蝕防護(hù)涂層的成型性和致密性優(yōu)異，形成的熔覆層無明顯氣孔或裂紋等缺陷，熔覆層與基體之間界面結(jié)合良好，無明顯過渡區(qū)域，涂層中增強(qiáng)顆粒分布均勻，其中wc顆粒由于密度較大，出現(xiàn)少量沉降現(xiàn)象，增強(qiáng)相均出現(xiàn)一定的溶解擴(kuò)散現(xiàn)象，與粘結(jié)相發(fā)生有益程度互溶，表明增強(qiáng)相與粘結(jié)相之間結(jié)合緊密；(2)本發(fā)明制備的防護(hù)涂層厚度可控，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理調(diào)整，涂層耐磨性和抗沖蝕性能優(yōu)異，磨損率和沖蝕失重較小，同時(shí)，考慮到奧氏體不銹鋼基體的固有磁性，熔覆樣的剩磁數(shù)值低且磨損后返磁傾向輕微，能夠滿足極弱磁使用需求和高耐磨性能防護(hù)要求；(3)本發(fā)明無磁涂層復(fù)合材料的制備方法簡單易行，剩磁率低且綜合性能優(yōu)異，在攪拌機(jī)腔內(nèi)耐磨防護(hù)和極弱磁空間建設(shè)施工等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，包括由無磁或弱磁材質(zhì)制成的基體和在基體表面形成的無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層，所述防護(hù)涂層的原料包括質(zhì)量比為6-7：3-4的無磁金屬粉末和陶瓷增強(qiáng)顆粒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述無磁或弱磁材質(zhì)選自奧氏體不銹鋼或無磁鋼。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層的厚度為200-400μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述無磁金屬粉末為無磁的316l鐵基合金粉末或ni625粉末。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述無磁金屬粉末的粒徑為15-53μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述陶瓷增強(qiáng)顆粒為wc顆?；騮ic顆粒。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料，其特征在于，所述wc顆粒的形狀為球形，粒徑為45-89μm，tic顆粒的粒徑為25-53μm。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述激光熔覆技術(shù)的工藝參數(shù)為：所選激光器為半導(dǎo)體激光器，送粉方式為同軸環(huán)形送粉，激光功率為5000-5800w，掃描速度為300-800mm/s，送粉速率為3.5-4.5r/min。

10.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料作為機(jī)械零部件在機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向極弱磁場合的無磁涂層復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。上述復(fù)合材料包括由無磁或弱磁材質(zhì)制成的基體和在基體表面形成的無磁耐磨耐沖蝕防護(hù)涂層，涂層的原料包括質(zhì)量比為6?7：3?4的無磁金屬粉末和陶瓷增強(qiáng)顆粒。本發(fā)明采用無磁或弱磁材質(zhì)制成基體，通過高速激光熔覆技術(shù)將無磁金屬粉末和陶瓷增強(qiáng)顆粒在基體表面形成致密無缺陷的防護(hù)涂層，防護(hù)涂層與基體之間形成了良好的冶金結(jié)合，極大提高了基體的硬度、耐磨性能和抗沖蝕性能，并且磨損前后剩磁差異小且數(shù)值低，在實(shí)際服役環(huán)境下返磁傾向輕微，能夠滿足極弱磁場合的使用需求，在攪拌機(jī)腔內(nèi)耐磨防護(hù)和極弱磁空間建設(shè)施工等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：陳堅(jiān),陳先瑞,龍智華,朱虹,楊傲翔,陳勁,曾德志,汪可華,郭敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15