一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法与流程

本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法。

背景技术：

作为一种关乎生命财产安全的“机电类特种设备”，电梯在现代生活中的应用日益普遍，同时也表现出种类和功能上的多样性。按电梯运行速度，电梯可划分为：(1)低速电梯：其额定运行速度往往低于2m/s(2)高速电梯：其额定运行速度为4～8m/s，甚至达到12.5m/s；(3)中速电梯：其额定运行速度介于低速电梯与高速电梯之间；(4)超高速电梯：额定运行速度高于12.5m/s。伴随高层建筑的日益增多与高性能电梯研发的不断进步，电梯运行速度越来越快。然而，随着近期多起电梯事故的发生，电梯的安全可靠性受到的极大的关注。因此，在高性能电梯的设计制造中，设备安全性成为重要的性能指标之一。曳引式电梯通过曳引机驱动曳引钢丝绳实现电梯轿厢与对重的上下往复运动，从而实现乘客的垂直升降输送。曳引轮是曳引机上的重要装置，曳引轮又可成为引绳轮或驱绳轮，是曳引式电梯用于驱动钢丝绳、传递曳引动力的关键装置，曳引轮上均布有用于布置曳引钢丝绳的轮槽，曳引机就是通过曳引钢丝绳与曳引轮轮槽之间的摩擦力传递动力，曳引轮通常安装在曳引机减速器的涡轮轴上。也有少数无齿曳引机其曳引轮安装在制动器的旁侧,与电动机轴、制动器轴在同一轴线上。曳引轮作为曳引式电梯的重要动力装置,其能否正常、稳定的工作对电梯的安全运行有着至关重要的影响，曳引轮轮槽一旦发生不均匀磨损甚至失效,容易造成钢丝绳的脱槽、电梯曳引力不足、电梯溜梯等安全隐患,更严重的甚至会导致电梯冲顶和蹲底等事故的发生,造成重大的人身伤亡和财产损失，因此，提高高速电梯曳引轮的耐磨损能力,对保证电梯的长期、安全、稳定运行,提高电梯的安全系数、延长电梯的使用寿命,最大程度的保证乘客的人身安全和财产安全具有重要的的意义。

钨是一种有色金属，钨的强度和硬度非常高。具有硬度高、耐磨性强的钨硬质合金被大规模应用于切削工具、矿山工具中。钨可以制造枪械、火箭推进器的喷嘴、穿甲弹、切削金属的刀片、钻头、超硬模具、拉丝模等等，钨的用途十分广泛，涉及矿山、冶金、机械、建筑、交通、电子、化工、轻工、纺织、军工、航天、科技、各个工业领域。钨以纯金属状态和以合金系状态广泛应用于现代技术中，合金系状态中最主要的是合金钢、以碳化钨为基的硬质合金、耐磨合金和强热合金。作为最难熔的金属钨是许多热强合金的成分，主要用于强烈耐磨的零件，例如航空发动机的活门、压模热切刀的工作部件、涡轮机叶轮、挖掘设备、犁头的表面涂层。在航空火箭技术中，以及要求机器零件，发动机和一些仪器的高热强度的其它部门中，钨和其它难熔金属(如钽、铌、钼、铼)的合金用作热强材料。

钼是一种难熔金属，具有很好的耐磨性能，在热喷涂工艺中，钼可以直接用作耐磨涂层。钼具有良好的耐腐蚀性，能耐硫酸、碱液等的腐蚀，是工业中使用的耐热浓盐酸腐蚀的唯一金属，也是少数几种能抗氢氟酸腐蚀的金属之一。因此，钼及其合金在冶金、农业、电气、化工、环保和宇航等重要部门有着广泛的应用和良好的前景，成为国民经济中一种重要的原料和不可替代的战略物质。

非晶材料较传统晶体材料具有独特而优异的性能，非晶合金不存在如晶界和位错等晶体缺陷，具有更好的耐蚀耐磨性能，并且在变形时不会出现传统合金的加工硬化，因此是很有发展前景的新型材料。但是实际中非晶材料并没有得到更广泛的应用，其主要的原因是非晶材料形态(带材，丝材和粉末)限制了其不能作为大型的结构材料加以应用。利用激光熔覆技术制备非晶涂层比较容易实现，因此，可以利用激光熔覆技术制备钨钼基非晶合金涂层应用在高速电梯曳引轮，将在高速电梯曳引轮轮槽面使用过程中的磨损防护领域上有着良好的应用前景。

碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物。为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，就能减少脆性。用作钢材切割工具的碳化钨，常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物，以提高抗爆能力。碳化钨的化学性质稳定。碳化钨粉应用于硬质合金生产材料。碳化钨可大量用作高速切削车刀、窑炉结构材料、喷气发动机部件、金属陶瓷材料、电阻发热元件等。用于制造切削工具、耐磨部件，铜、钴、铋等金属的熔炼坩埚，耐磨半导体薄膜。用作超硬刀具材料、耐磨材料。它能与许多碳化物形成固溶体，可降低烧结温度，又能保持优良性能，可用作宇航材料。在钨钼基非晶合金涂层基础上加入碳化钨硬质陶瓷微粒，能进一步提高涂层的耐磨损性能。

因此本专利制备的碳化钨/钨钼基非晶合金涂层具有优异的耐磨损性能，用于高速电梯曳引轮的防护时，涂层材料显示出优良的耐磨损性能，在该领域有着良好的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法。本发明利用激光熔覆技术在高速电梯安曳引轮轮槽面制备碳化钨/钨钼基非晶合金涂层，该涂层具有优异的耐磨损性能，碳化钨/钨钼基非晶合金涂层具有的良好的微观组织结构有利于涂层性能的展现，能够有效的延长高速电梯曳引轮的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将氧化钨粉末和石墨烯粉末置于球磨机中，以无水乙醇和碳化硅磨球为介质，球磨8h～12h；将球磨后的物料烘干，然后在真空条件下烧结，得到碳化钨粉末；

步骤二、采用气体雾化法制备粒度为10μm～20μm钨钼基非晶合金粉末；所述钨钼基非晶合金粉末的名义成分为：w40％～44％，mo40％～44％，fe4％～8％，ni4％～6％，al2％～4％，y1％～2％，c1％～2％；

步骤三、将步骤一中所述碳化钨粉末和步骤二中所述钨钼基非晶合金粉末混合，加入聚乙烯醇粘结剂，在100℃条件下搅拌均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料在真空雾化炉内喷射，采用氮气冷却保护，最后烘干并进行筛分，得到碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末；所述碳化钨粉末的质量为碳化钨粉末和钨钼基非晶合金粉末总质量的10％～20％；

步骤四、对高速电梯曳引轮轮槽面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理；采用环保胶将步骤三中所述碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末粘结铺设在处理后的曳引轮轮槽面上，然后进行激光熔覆，在高速电梯曳引轮轮槽面得到耐磨损涂层。

上述的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化钨粉末中wo3质量含量大于99％，平均粒径<20μm；步骤一中所述石墨烯粉末为商用增强性石墨烯，比表面积为180m²/g～280m²/g，c含量为70％～80％，平均粒径<10μm；步骤一中所述氧化钨粉末的质量为氧化钨粉末和石墨烯粉末总质量的80％～84％；步骤一中所述烘干的温度为80℃～120℃，时间为6h～8h；步骤一中所述烧结的升温速率为10℃/min～20℃/min，烧结温度为1400℃～1800℃，保温时间为4h～6h，真空度为400pa～800pa。

上述的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中制备钨钼基非晶合金粉末的具体方法为：按照钨钼基非晶合金粉末的名义成分，将原料在高真空电弧熔炼系统中进行反复熔炼，得到母合金锭，利用紧耦合雾化设备进行雾化，雾化采用真空感应加热方式，使用石墨坩埚，用高纯氩气进行雾化，雾化温度为2673k～3073k，压力为4mpa～8mpa，导流管直径为8mm～12mm。

上述的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，还包括步骤四中激光熔覆之前将所述碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末在80℃～120℃条件下烘干2h～4h。

上述的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，步骤四中所述激光熔覆的工艺条件为：激光光束的功率为2kw～4kw，扫描速度为4mm/s～8mm/s，搭接率为50％，所述耐磨损涂层的厚度为600μm～800μm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过在涂层中添加碳化钨陶瓷增强相，碳化钨陶瓷具有极高的硬度以及优异的耐磨损性能，可以有效的提高涂层的耐磨损性能和涂层强度，对涂层形成有效的机械保护。本发明利用廉价的氧化钨粉末、石墨烯为主要原料通过碳热还原反应(wo3+4c→wc+3co)制备碳化钨粉末。通常碳热还原制备碳化钨反应过程中，实际反应物之间的接触面积小，碳源在wo3表面分布不均匀等，这些阻碍使得最终制备的碳化钨晶粒粗大、颗粒团聚、形貌不均匀，甚至含有部分未反应的wo3和游离碳，本发明以石墨烯为碳源，发挥了石墨烯高比表面积、丰富边缘的特性，为碳化钨形核提供大量活性位点，有利于碳源与钨源充分接触，反应完全。利用石墨烯为碳源，制备的碳化钨粉末具有晶粒细小，粉末分散均匀，没有颗粒团聚，不需要二次破碎，反应完全，制备的碳化钨粉末纯度极高。

2、本发明利用激光熔覆工艺制备的钨钼基非晶合金作为涂层的主要成分具有优异的耐磨损性。钨钼基非晶合金呈层状堆叠结构，微观组织均匀，无晶体结构的偏析，晶界等组织缺陷，并且结构致密，没有大的孔隙和裂纹产生，与涂层其它成分的结合状况良好。钨钼基非晶涂层微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度和优异的耐磨损性能，能够满足高速电梯曳引轮轮槽面耐磨损的要求，在该领域有着良好的应用前景。

3、本发明利用激光熔覆技术在高速电梯安曳引轮轮槽面制备碳化钨/钨钼基非晶合金涂层，该涂层具有优异的耐磨损性能，碳化钨/钨钼基非晶合金涂层具有的良好的微观组织结构有利于涂层性能的展现，能够有效的延长高速电梯曳引轮的使用寿命。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的碳化钨粉末的sem照片。

图2为本发明实施例1制备的耐磨损涂层表面的金相照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将氧化钨粉末(wo3质量含量大于99％，平均粒径<20μm)和石墨烯粉末(商用增强性石墨烯，比表面积为180m²/g～280m²/g，c含量为70％～80％，平均粒径<10μm)置于球磨机中，以无水乙醇和碳化硅磨球为介质，球磨8h；将球磨后的物料在80℃条件下烘干6h，然后在真空条件下烧结，烧结的升温速率为10℃/min，烧结温度为1400℃，保温时间为4h，真空度为400pa，得到碳化钨粉末；所述氧化钨粉末的质量为氧化钨粉末和石墨烯粉末总质量的80％；

步骤二、采用气体雾化法制备粒度为10μm的钨钼基非晶合金粉末，具体方法为：按照钨钼基非晶合金粉末的名义成分为：w40％，mo40％，fe8％，ni6％，al2％，y2％，c2％，将原料在高真空电弧熔炼系统中进行反复熔炼，得到母合金锭，利用紧耦合雾化设备进行雾化，雾化采用真空感应加热方式，使用石墨坩埚，用高纯氩气进行雾化，雾化温度为2673k，压力为4mpa，导流管直径为8mm；

步骤三、将步骤一中所述碳化钨粉末和步骤二中所述钨钼基非晶合金粉末混合，加入聚乙烯醇粘结剂(每500g混合粉末加入200ml～600ml聚乙烯醇粘结剂)，在100℃条件下搅拌均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料在真空雾化炉内喷射，采用氮气冷却保护，最后烘干并进行筛分，得到碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末；所述碳化钨粉末的质量为碳化钨粉末和钨钼基非晶合金粉末总质量的10％；

步骤四、对高速电梯曳引轮轮槽面(qt60-2球墨铸铁)进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤三中所述碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末在80℃条件下烘干2h；采用环保胶将烘干的碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末粘结铺设在处理后的曳引轮轮槽表面，然后进行激光熔覆，在高速电梯曳引轮轮槽面得到耐磨损涂层；所述激光熔覆的工艺条件为：激光光束的功率为2kw，扫描速度为4mm/s，搭接率为50％，所述耐磨损涂层的厚度为600μm。

图1为本实施例制备的碳化钨粉末的sem照片，从图1中可看出碳化钨颗粒近似球形，这能够保证在熔覆时粉末具有良好的流动性。图2为本实施例制备的耐磨损涂层表面的金相照片，从图2中可明显的观察到基体与涂层的结合状况良好，涂层的微观组织均匀，结构致密，没有大的孔隙和裂纹出现，碳化钨/钨钼基非晶合金作为熔覆材料能够形成致密的涂层，进一步保证涂层结构紧密。

本实施例制备的涂层具有极高的耐磨损性能，用于高速电梯曳引轮的防护时，涂层材料显示出优异的耐磨损性能，能够满足高速电梯曳引轮工作环境的要求，在该领域有着良好的应用前景。

实施例2

本实施例的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将氧化钨粉末(wo3质量含量大于99％，平均粒径<20μm)和石墨烯粉末(商用增强性石墨烯，比表面积为180m²/g～280m²/g，c含量为70％～80％，平均粒径<10μm)置于球磨机中，以无水乙醇和碳化硅磨球为介质，球磨10h；将球磨后的物料在100℃条件下烘干7h，然后在真空条件下烧结，烧结的升温速率为15℃/min，烧结温度为1600℃，保温时间为5h，真空度为600pa，得到碳化钨粉末；所述氧化钨粉末的质量为氧化钨粉末和石墨烯粉末总质量的82％；

步骤二、采用气体雾化法制备粒度为15μm钨钼基非晶合金粉末，具体方法为：按照钨钼基非晶合金粉末的名义成分：w43％，mo43％，fe6％，ni4％，al2％，y1％，c1％，将原料在高真空电弧熔炼系统中进行反复熔炼，得到母合金锭，利用紧耦合雾化设备进行雾化，雾化采用真空感应加热方式，使用石墨坩埚，用高纯氩气进行雾化，雾化温度为2873k，压力为6mpa，导流管直径为10mm；

步骤三、将步骤一中所述碳化钨粉末和步骤二中所述钨钼基非晶合金粉末混合，加入聚乙烯醇粘结剂(每500g混合粉末加入200ml～600ml聚乙烯醇粘结剂)，在100℃条件下搅拌均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料在真空雾化炉内喷射，采用氮气冷却保护，最后烘干并进行筛分，得到碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末；所述碳化钨粉末的质量为碳化钨粉末和钨钼基非晶合金粉末总质量的15％；

步骤四、对高速电梯曳引轮轮槽面(qt60-2球墨铸铁)进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤三中所述碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末在100℃条件下烘干3h；采用环保胶将烘干的碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末粘结铺设在处理后的曳引轮轮槽表面，然后进行激光熔覆，在高速电梯曳引轮轮槽面得到耐磨损涂层；所述激光熔覆的工艺条件为：激光光束的功率为3kw，扫描速度为6mm/s，搭接率为50％，所述耐磨损涂层的厚度为700μm。

本实施例制备的涂层具有极高的耐磨损性能，用于高速电梯曳引轮的防护时，涂层材料显示出优异的耐磨损性能，能够满足高速电梯曳引轮工作环境的要求，在该领域有着良好的应用前景。

实施例3

本实施例的一种高速电梯曳引轮耐磨损涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将氧化钨粉末(wo3质量含量大于99％，平均粒径<20μm)和石墨烯粉末(商用增强性石墨烯，比表面积为180m²/g～280m²/g，c含量为70％～80％，平均粒径<10μm)置于球磨机中，以无水乙醇和碳化硅磨球为介质，球磨12h；将球磨后的物料在120℃条件下烘干8h，然后在真空条件下烧结，烧结的升温速率为20℃/min，烧结温度为1800℃，保温时间为6h，真空度为800pa，得到碳化钨粉末；所述氧化钨粉末的质量为氧化钨粉末和石墨烯粉末总质量的84％；

步骤二、采用气体雾化法制备粒度为20μm钨钼基非晶合金粉末，具体方法为：按照钨钼基非晶合金粉末的名义成分：w44％，mo44％，fe4％，ni4％，al2％，y1％，c1％，将原料在高真空电弧熔炼系统中进行反复熔炼，得到母合金锭，利用紧耦合雾化设备进行雾化，雾化采用真空感应加热方式，使用石墨坩埚，用高纯氩气进行雾化，雾化温度为3073k，压力为8mpa，导流管直径为12mm；

步骤三、将步骤一中所述碳化钨粉末和步骤二中所述钨钼基非晶合金粉末混合，加入聚乙烯醇粘结剂(每500g混合粉末加入200ml～600ml聚乙烯醇粘结剂)，在100℃条件下搅拌均匀，得到混合浆料；将所述混合浆料在真空雾化炉内喷射，采用氮气冷却保护，最后烘干并进行筛分，得到碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末；所述碳化钨粉末的质量为碳化钨粉末和钨钼基非晶合金粉末总质量的20％；

步骤四、对高速电梯曳引轮轮槽面(qt60-2球墨铸铁)进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤三中所述碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末在120℃条件下烘干4h；采用环保胶将烘干的碳化钨/钨钼基非晶合金混合粉末粘结铺设在处理后的曳引轮轮槽表面，然后进行激光熔覆，在高速电梯曳引轮轮槽面得到耐磨损涂层；所述激光熔覆的工艺条件为：激光光束的功率为4kw，扫描速度为8mm/s，搭接率为50％，所述耐磨损涂层的厚度为800μm。

本实施例制备的涂层具有极高的耐磨损性能，用于高速电梯曳引轮的防护时，涂层材料显示出优异的耐磨损性能，能够满足高速电梯曳引轮工作环境的要求，在该领域有着良好的应用前景。

对实施例1、2、3中的高速电梯曳引轮轮槽面在有无本发明耐磨损涂层的条件下，施加载荷为200n，转速为2500r/min，利用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，表1为实施例1、2、3中的高速电梯曳引轮轮槽面在有无本发明耐磨损涂层的条件下分别磨损20h、40h和60h后的磨损量。

表1有无涂层防护的高速电梯曳引轮轮槽面的耐磨损性能

从表1的试验数据可以观察到，在相同摩擦磨损测试条件下，有涂层防护的高速电梯曳引轮轮槽面的磨损量大大小于没有涂层防护的高速电梯曳引轮轮槽面的磨损量，因此碳化钨/钨钼基非晶合金涂层能有效提高高速电梯曳引轮轮槽面的耐磨损性能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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