一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法和涂层

1.本发明属于表面工程技术领域，更具体地，涉及一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法和涂层。


背景技术：

2.随着现代农业技术的发展，农业机械也得到了快速发展。目前，农业机械种类很多，如拖拉机、收割机、脱粒机、插秧机等，这些农业机械不仅可以降低农民的劳作强度，还可以提升农业生产效率，但是，农机零部件的磨损现象仍普遍存在于生产过程，得不到有效解决。农机的工作效率和能耗水平取决于多种因素，其中包括零部件的摩擦磨损。农业机械的涉土部件通常在恶劣的工作环境下工作，直接接触土壤等磨料颗粒会导致严重的磨损。因此土壤对这些部件的磨损是一个突出的问题。钢材磨损问题是一个世界性的问题。每年因磨损而消耗的钢材约占世界钢铁总产量的10％。
3.表面工程技术是一种用于改变材料表面特性的技术。它被广泛地应用于许多领域。它可以改善材料的性能，如耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、耐热性、电绝缘性等。它还可以改变材料的表面特性，如表面能、表面张力、表面粗糙度、表面疏水性等。
4.因此，目前亟待提出一种用于农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法和涂层。本发明的碳化钛涂层摩擦系数较小、耐磨性高、具有一定厚度。
6.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，所述方法包括：
7.在氩气保护条件下，利用碳化钛电极在经过打磨和清洗的基体表面进行电火花沉积，得到碳化钛涂层。
8.根据本发明，优选地，所述氩气保护的氩气进气流量为7-10l/min。
9.根据本发明，优选地，以所述碳化钛电极的总重量计，镍的含量为1-2％，其余为碳化钛。
10.根据本发明，优选地，所述基体为316l不锈钢基体。
11.根据本发明，优选地，所述基体的厚度为0.5-1.5mm；所述碳化钛涂层的厚度为15-65μm。
12.根据本发明，优选地，所述打磨为按照150#、400#、800#、1200#、1500#、2000#的砂纸规格对所述基体进行逐级打磨。
13.根据本发明，优选地，所述清洗包括将经过所述打磨的基体利用丙酮和酒精的混
合液进行超声清洗。
14.根据本发明，优选地，所述超声清洗的时间为2.5-3.5min。
15.根据本发明，优选地，所述电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为1000-4000μf，输出电压为12-24v，沉积时间为60-150s。
16.本发明另一方面提供了所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层。
17.本发明的技术方案的有益效果如下：
18.1、本发明制备出的碳化钛涂层与316l奥氏体不锈钢基体为结合力强的冶金结合，由于电火花沉积的热输入低，涂层与基体之间的热影响区很小，在金相显微镜下观察不到明显的热影响区。
19.2、本发明制备出的碳化钛涂层含有碳化钛相与钛二碳零点零六相(ti2c
0.06
)，能够进一步提高涂层的力学性能，使涂层具有高硬度，其硬度在1243hv
0.1
。
20.3、本发明制备出的碳化钛涂层具有优异的减摩耐磨效果，摩擦系数约为0.315。
21.4、本发明的制备工艺简便，容易实现工业化应用。
22.本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
24.图1(a)示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层的表面形貌图。
25.图1(b)示出了本发明对比例1提供的一种电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层的表面形貌图。
26.图2示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层的截面形貌图。
27.图3(a)-(f)示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层的面扫描图(其中，图3(a)为碳化钛涂层的截面；图3(b)为ti元素分布；图3(c)为cr元素分布；图3(d)为fe元素分布；图3(e)为c元素分布；图3(f)为o元素分布)。
28.图4示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层和对比例1得到的碳化钛涂层的xrd图谱(其中，“intensity”表示强度，“2theta(degree)”表示角度，“austenite”表示奥氏体)。
29.图5示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层与316l奥氏体不锈钢基体的摩擦系数对比。
30.图6示出了本发明实施例1提供的一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层与316l奥氏体不锈钢基体的磨损失重对比。
具体实施方式
31.下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
32.实施例1
33.本实施例提供一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，所述方法包括：
34.(1)先将厚度为1mm的316l奥氏体不锈钢(国内牌号为0cr17ni14mo2)基体按照150#、400#、800#、1200#、1500#、2000#的砂纸规格进行逐级打磨，去除基体表面氧化膜，然后用丙酮与酒精混合溶液对基体表面进行超声清洗3min以去除表面油污；
35.(2)将尺寸为φ5mm
×
30mm圆柱状钛化碳电极装在电火花沉积设备的电极枪上，使用150#砂纸打磨去除电极前端氧化膜；以所述碳化钛电极的总重量计，镍的含量为1-2％，其余为碳化钛；
36.(3)在氩气保护条件下(氩气进气流量为10l/min)，利用步骤(2)的碳化钛电极在经过步骤(1)处理的基体表面进行电火花沉积，输出电容为2000μf，输出电压为20v，沉积时间为120s，得到碳化钛涂层，厚度为50μm。
37.实施例2
38.本实施例提供一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
39.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为1000μf，输出电压为12v，沉积时间为60s；
40.得到碳化钛涂层，厚度为20μm。
41.实施例3
42.本实施例提供一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
43.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为2000μf，输出电压为12v，沉积时间为60s；
44.得到碳化钛涂层，厚度为25μm。
45.实施例4
46.本实施例提供一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
47.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为3000μf，输出电压为20v，沉积时间为120s；
48.得到碳化钛涂层，厚度为60μm。
49.实施例5
50.本实施例提供一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：
51.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为4000μf，输出电压为24v，沉积
时间为120s；
52.得到碳化钛涂层，厚度为50μm。
53.对比例1
54.本对比例提供一种电火花沉积纯钛涂层的制备方法，所述方法包括：
55.(1)与实施例1的步骤(1)相同；
56.(2)将尺寸为φ4mm
×
30mm圆柱状纯钛电极装在电火花沉积设备的电极枪上，使用150#砂纸打磨去除电极前端氧化膜；
57.(3)在空气下，利用步骤(2)的电极在经过步骤(1)处理的基体表面进行电火花沉积，输出电容为2000μf，输出电压为20v，沉积时间为120s，得到碳化钛涂层，厚度为65μm。
58.对比例2
59.本对比例提供一种电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，所述方法包括：
60.(1)与实施例1的步骤(1)相同；
61.(2)将尺寸为φ5mm
×
32mm圆柱状钛化碳电极装在电火花沉积设备的电极枪上，使用150#砂纸打磨去除电极前端氧化膜；以所述碳化钛电极的总重量计，镍的含量为1-2％，其余为碳化钛；
62.(3)在空气下，利用步骤(2)的碳化钛电极在经过步骤(1)处理的基体表面进行电火花沉积，输出电容为3000μf，输出电压为20v，沉积时间为120s，得到碳化钛涂层，厚度为67.8μm。
63.对比例3
64.本对比例提供一种电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本对比例与对比例2的区别仅在于：
65.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为2000μf，输出电压为16v，沉积时间为120s，得到碳化钛涂层，厚度为36.7μm。
66.对比例4
67.本对比例提供一种电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，本对比例与对比例2的区别仅在于：
68.步骤(3)的电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为2000μf，输出电压为24v，沉积时间为120s，得到碳化钛涂层，厚度为85.56μm。
69.测试例
70.本测试例对实施例1得到的碳化钛涂层和对比例1得到的碳化钛涂层采用普通照相机对涂层的表面形貌拍照，结果如图1(a)-(b)所示，由图1(a)-(b)可知，在氩气保护下得到的碳化钛涂层表面较为光滑，且呈白亮色。
71.本测试例对实施例1得到的碳化钛涂层采用金相显微镜进行涂层的截面形貌的观察，结果如图2所示，由图2可知，实施例1得到的碳化钛涂层组织致密，与基体结合良好，厚度约为50μm。
72.本测试例对实施例1得到的碳化钛涂层采用扫描电子显微镜进行涂层的面扫描，结果如图3(a)-(f)所示，由图3(a)-(f)可知，ti元素与fe元素在界面呈梯度过渡，表明涂层为冶金结合。
73.本测试例对实施例1得到的碳化钛涂层和对比例1得到的碳化钛涂层采用xrd进行
测试，结果如图4所示，由图4可知，实施例1得到的碳化钛涂层中含有碳化钛强化相。
74.本测试例将实施例1得到的碳化钛涂层的摩擦系数与316l奥氏体不锈钢基体的摩擦系数进行对比，具体方法包括：
75.采用mft-ec4000电化学腐蚀摩擦磨损试验机，其中摩擦磨损条件为往复距离5mm，往复速度2hz，载荷8n，摩擦时间20min，对磨件为φ6mm的al2o3球。由图5可以看出，316l奥氏体不锈钢基体的摩擦系数约为0.513，而实施例1得到的碳化钛涂层的摩擦系数接近0.315，且波动较小。
76.本测试例采用上述摩擦磨损试验方法，得到的实施例1的碳化钛涂层和316l奥氏体不锈钢基体的的磨损失重数据。将实施例1得到的碳化钛涂层的磨损失重与316l奥氏体不锈钢基体的磨损失重进行对比，由图6可以看出，316l奥氏体不锈钢基体的磨损失重为1.5mg，而经实施例1电火花沉积有碳化钛涂层的316l奥氏体不锈钢的磨损失重为1.0mg。
77.本测试例还对实施例1-5和对比例1-4得到的碳化钛涂层进行硬度测试，结果如表1所示。
78.表1
[0079][0080][0081]
经上述各个测试可知，本发明的碳化钛涂层与316l奥氏体不锈钢基体为结合力强的冶金结合，可显著提高316l奥氏体不锈钢基体的表面硬度。通过该工艺得到的碳化钛涂层具有优异的耐磨损性能，易于控制，适合工业化应用。
[0082]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

技术特征：
1.一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括：在氩气保护条件下，利用碳化钛电极在经过打磨和清洗的基体表面进行电火花沉积，得到碳化钛涂层。2.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述氩气保护的氩气进气流量为7-10l/min。3.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，以所述碳化钛电极的总重量计，镍的含量为1-2％，其余为碳化钛。4.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述基体为316l奥氏体不锈钢基体。5.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述基体的厚度为0.5-1.5mm；所述碳化钛涂层的厚度为15-65μm。6.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述打磨为按照150#、400#、800#、1200#、1500#、2000#的砂纸规格对所述基体进行逐级打磨。7.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述清洗包括将经过所述打磨的基体利用丙酮和酒精的混合液进行超声清洗。8.根据权利要求7所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述超声清洗的时间为2.5-3.5min。9.根据权利要求1所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法，其中，所述电火花沉积的工艺参数包括：输出电容为1000-4000μf，输出电压为12-24v，沉积时间为60-150s。10.根据权利要求1-9中任意一项所述的农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法制备得到的碳化钛涂层。

技术总结
本发明属于表面工程技术领域，公开了一种农业机械易损件的电火花沉积碳化钛耐磨涂层的制备方法和涂层。所述方法包括：在氩气保护条件下，利用碳化钛电极在经过打磨和清洗的基体表面进行电火花沉积，得到碳化钛涂层。本发明的碳化钛涂层摩擦系数较小、耐磨性高、具有一定厚度。一定厚度。一定厚度。


技术研发人员：李菊英 廖逸 董仕节 罗平 魏士凯
受保护的技术使用者：武汉轻工大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/19