[19]中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[21]申请号200610011815.5
[51]Int.CI.
C23C 24/00 (2006.01)C01F 7/02 (2006.01)
[43]公开日2006年10月11日[22]申请日2006.04.28[21]申请号200610011815.5
[71]申请人北京科技大学
地址100083北京市海淀区学院路30号[72]发明人郭志猛 高峰 林涛 隋延安
[11]公开号CN 1844452A
[74]专利代理机构北京科大华谊专利代理事务所
代理人刘月娥
权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 5 页
[54]发明名称
一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法
[57]摘要
一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法，属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的方法。本发明中自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物；同时自蔓延反应Fe2O3+2Al＝2Fe+Al2O3放出的热量会使钢表面熔化，使得铁铝金属间化合物很容易与钢基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层得到金属间化合物涂层。本发明的优点在于工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。涂层厚度可控。涂层硬度均匀，维氏硬度HV0.3可达4.66GPa。
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权 利 要 求 书
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1、一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法，本发明中自蔓延反应放出巨大的热量，产物为熔融态，在离心力的作
用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物；同时自蔓延反应放
出的热量会使钢表面熔化，使得铁铝金属间化合物很容易与钢基体形成冶金结合，反应结束后去除掉表面的氧化铝层得到金属间化合物涂层；工艺为：
a、将Fe2O3粉和铝粉混和，球磨2～3小时，其中铝粉占混和粉总质量的31～40％；
b、将球磨后的混和粉末堆敷在钢基体表面，控制反应原料的离心加速度为500～5000m/s。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
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说 明 书
一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法
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技术领域
本发明属于自蔓延高温合成技术制备金属间化合物涂层的方法。特别是提供了一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法，利用自蔓延熔铸技术在钢表面涂敷Fe(Ni)-Al系金属间化合物涂层的方法。 技术背景
普通碳钢的耐磨耐蚀性较差，一般通过表面强化或者形成耐磨涂层来提高其性能，一般采用PVD，CVD，表面化学热处理，激光表面熔敷，热喷涂等技术，这些方法都存在生产周期长，工艺复杂，成本高或者对设备要求高等缺点 铁铝金属间化合物具有低成本、较低的密度和显著的抗高温硫化、抗氧化能力，以及高硬度和优异的抗腐蚀性能。目前铁铝金属间化合物的生产方法主要包括熔铸法和粉末冶金方法。
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。利用自蔓延反应混合物在燃烧合成过程时产生的高温超过产物熔点，形成熔体，采用冶金工艺处理熔体，可得到铸件、涂层，或者完成焊接，这种方法称为SHS冶金。自蔓延熔铸是自蔓延冶金的一种形式。在自蔓延反应中加入过量的Al即可生成Fe-Al金属间化合物。
中国专利CN94104459.9提供了一种耐热耐蚀钢内衬复合钢管的生产方法，其特征是采用铝热离心法，在氧化铁和铝粉的混合物料中加入铬，镍，钨，钛等氧化物，利用铝热反应放出的高温将还原出的铁，铬，镍等金属和副产物氧化铝熔化，熔融产物形成不同类型的不锈钢和耐热钢，在离心力作用下，不锈钢或耐热钢与外层母钢管结合成复合钢管，形成冶金结合。 发明内容
本发明的目的是提供一种在碳钢表面涂敷耐磨耐蚀涂层的方法，采用自蔓延离心熔铸法制备Fe(Ni)-Al金属间化合物涂层，在碳钢表面形成一种耐磨耐蚀的金属间化合物涂层，实现了工艺过程更简单，成本低。
本发明中自蔓延反应放出巨大的热量，产物为熔融态，
在离心力的作用下，液态的Fe和Al2O3分离，在反应原料中加入过量的铝，Al就会和Fe生成铁铝金属间化合物。同时自蔓延反应放出的热量
会使钢表面熔化，使得铁铝金属间化合物很容易与钢基体形成冶金结合。反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。具体工艺如下： 1、将Fe2O3粉和铝粉混和，球磨2～3小时，其中铝粉占混和粉总质量的31～40％。
2、可以用Ni2O3粉代替Fe2O3粉，以形成Ni-Al金属间化合物涂层。
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3、将球磨后的混和粉末堆敷在钢基体表面，控制反应原料的离心加速度在500～5000m/s。
反应结束后去除掉表面的氧化铝层即可得到金属间化合物涂层。经观察分析，在钢基体表面形成1～5mm的金属间化合物涂层。
本发明的优点在于工艺简单，涂层与基体形成冶金结合，结合强度高。涂层厚度可控。涂层硬度均匀，维氏硬度HV0.3可达4.66GPa。 附图说明
图1为本发明采用轴向离心法为钢管涂敷耐磨涂层反应前的示意图。其中，钢基体1、氧化铁粉、铝粉的混合物2、用于点燃的钨丝3。
图2为本发明采用轴向离心法为钢管涂敷耐磨涂层反应结束后的示意图。其中，生成的金属间化合物涂层4、氧化铝层5。
图3为本发明为钢板涂敷耐磨涂层的反应前的示意图 图4为本发明为钢板涂敷耐磨涂层的反应结束后的示意图。
图5是涂层与基体的结合处的扫描电镜背反射照片。白色为钢基体，灰色为铁铝金属间化合物涂层。 具体实施方式
实施例1：反应原料氧化铁粉320g，铝粉144g，混合均匀后装入要涂敷的钢管中，钢管尺寸为Φ74mm，壁厚4mm，长200mm。圆管装卡在离心机上，开动离心机，转速1110转/分(反应原料的离心加速度为500m/s)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以Fe3Al为主相的金属间化合物涂层。
实施例2：反应原料氧化铁粉32g，铝粉21.6g，混合均匀。钢板长40mm，宽40mm，厚5mm，装入石墨型腔中，石墨型腔装卡在离心机上，型腔底部距离心机圆心20cm，开动离心机，转速1000转/分(反应原料的离心加速度为2240m/s)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以FeAl为主相的金属间化合物涂层。
实施例3反应原料氧化铁粉320g，铝粉180g，混合均匀后装入要涂敷的钢管中，钢管尺寸为Φ74mm，壁厚4mm，长200mm。圆管装卡在离心机上，开动离心机，转速3600转/分(反应原料的离心加速度为4975m/s)，用钨丝点燃物料，在离心力下发生燃烧反应，放出巨大的热量，冷却后去除表面的氧化铝层，即可得到以Fe3Al和FeAl为主相的金属间化合物涂层。
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说 明 书 附 图
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