CN102051614A

CN102051614A - 一种筒状零件内孔等离子冶金镀层的方法

Info

Publication number: CN102051614A
Application number: CN 201010552832
Authority: CN
Inventors: 李惠琪; 李敏; 王淑峰; 迟静; 柴禄; 许慧
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-05-11

Abstract

一种筒状零件内孔等离子冶金镀层的方法，实施方法是，将筒状零件预热至300～900℃，装入可旋转保护套筒内定位后以800～1800转/分的速度旋转，同步送粉等离子弧从筒状零件的一端平行于轴线以每秒0.5～5毫米的速度匀速向另一端移动熔覆，熔覆完毕取出缸筒保温缓冷，在筒内壁得到厚度达到毫米数量级的均匀平整、与基体呈冶金结合的高硬度等离子冶金镀层。本发明的镀层成分与工艺调整方便，效率高，无排放污染。

Description

一种筒状零件内孔等离子冶金镀层的方法

技术领域

本发明属于钢铁零件表面强化技术领域，尤其涉及筒状零件内孔的镀层强化方法。

背景技术

高温高速冲蚀磨损状况下工作的矿山、油田、冶金、化工用泵筒零件既需要承受高压，又要承受剧烈的磨损，且配合精度高，需要在其内壁进行达到毫米厚度数量级的镀层处理。目前此类技术有电镀硬铬及热喷涂等，但电镀镀速低，每小时只能镀几微米或十几微米厚，且电镀硬铬的耐磨性仍不足以承受上述工况，施镀过程有环境污染；热喷涂复合陶瓷层虽然硬度和耐磨性有提高，但涂层与基体的结合力差，冲蚀磨损时容易剥落。因此工业上广泛采用了双金属离心铸造和镶陶瓷套，但双金属离心铸造工艺复杂，受冶金因素影响加入的合金元素有限，寿命难以进一步提高；镶陶瓷套装配精度高、废品率高、成本很高。如果用耐磨合金整体铸造则又导致脆性大、高压爆裂危险性大、难加工、合金元素浪费多。因此目前还没有一种厚度达到毫米数量级的均匀平整、与钢筒基体呈冶金结合、高硬度的无排放污染、高效率的筒状零件内孔镀层技术。

发明内容

本发明的目的在于克服电镀、热喷涂、双金属铸造和镶陶瓷套技术的不足，发明一种厚度达到毫米数量级的均匀平整、与基体呈冶金结合、高硬度的无排放污染、高效率的筒状零件内孔镀层方法。

本发明的技术原理是：

将钢制筒状零件预热至300～900℃，将其装入一可旋转的钢制保护套筒内定位，开动保护套筒使之高速旋转，然后采用转移弧等离子熔覆的方法，使同步送粉转移等离子弧平行于缸筒轴线，从一端向另一端缓慢匀速移动熔覆，送入的合金粉为目前焊材和喷涂工业广泛使用的高碳铬铁粉、中碳铬铁粉、硼铁粉、钛铁粉、钨铁粉、钼铁粉、锆铁粉、铌铁粉、铁铬硼硅粉、镍铬硼硅粉等中的一种，或者两种及两种以上按照任意比例混合的混合粉，粉末在转移等离子弧的加热下与筒内壁表面金属一起熔化，在离心力的作用下在筒内壁上形成厚度均匀的液态合金膜，随着等离子弧的移动，液态合金膜随之凝固，在缸筒内壁得到厚度达到毫米数量级的均匀平整、与基体呈冶金结合的高致密高硬度等离子冶金镀层。当筒内壁全部熔覆完毕后，取出筒状零件保温缓冷，

附图说明

图1是本发明的筒状零件内孔冶金镀层过程示意图。

1-转移弧熔覆等离子炬，2-钢制筒状零件，3-可旋转保护套筒，4-等离子冶金镀层，5-同步送粉等离子弧。

图2是内孔等离子冶金镀层的筒状零件切片(镀层厚度～1mm)。

图3是高碳铬铁粉冶金镀层与钢基体结合界面处的剖面金相组织。

具体实施方式

结合图1、图2和图3再对本发明的实施方式和效果作进一步说明。

先将钢制筒状零件2在箱式电炉中预热至300～900℃，筒壁越厚，预热温度应越高，预热到温后取出筒状零件2立即装入可旋转保护套筒3内定位，开动保护套筒3，使之达到每分钟800～1800转，筒状零件2的内径越小，转速应越高，再把转移弧熔覆等离子炬1伸入筒状零件2的内孔，运行至筒状零件2的右端，转移弧熔覆等离子炬1中的钨极(图中未示出)接等离子电源的负极，可旋转保护套筒3及筒状零件2接等离子电源的正极，同步送粉等离子弧5借助高频高压经过等离子炬1上的压缩喷嘴在两极之间引燃，同时送入合金粉末，转移弧熔覆等离子炬1以每秒0.5～5毫米的速度匀速向左方移动，这时在筒状零件2的内壁便生成厚度为0.5～2毫米的等离子冶金镀层4。当等离子炬1运行至筒状零件2的左端预定位置后，等离子炬1灭弧并停止送粉，快速向左方退出，保护套筒3停止旋转，取出镀好的筒状零件2，放入保温炉或者石灰粉中保温缓冷。

下面结合实施例作一具体说明。

把一内径100毫米、长度210毫米、壁厚6毫米的低碳无缝钢管预热至350℃，立即装入内径113毫米、长度250毫米的可旋转钢制保护套筒内，用顶丝轻轻顶紧，开动保护套筒使之达到每分钟1400转，再把熔覆等离子炬从内孔运行至无缝钢管的一端距端面5毫米处，引燃等离子弧，等离子弧柱经过内径4毫米的等离子炬喷嘴压缩，弧的长度约为20毫米，炬输出工作电流为300A，离子气和送粉气都是氩气，送入的合金粉末是市售的高碳铬铁粉，送粉量为每分钟200克，等离子炬以每秒1毫米的速度平行于钢管轴线匀速向无缝钢管另一端直线移动，当运行到无缝钢管另一端至端面5毫米处后，等离子炬灭弧停粉，快速退出，保护套筒停止旋转，取出钢管放入石灰粉中保温缓冷至室温，筒内形成厚度为1毫米的高硬度碳化铬等离子冶金镀层，施镀时间仅用3分多钟。钢管经线切割切片磨光腐蚀后如图2所示，经局部放大后的图3可看出，冶金镀层的上部为紧密排列的碳化铬骨骼状组织，下部为钢铁基体组织，交界处的平面晶为冶金结合层，最上层(图中未示出)部分是密度较小的富铁相组织，已在磨削加工中去除。

本发明的积极效果是：(1)、克服了电镀镀速低、耐磨性差、有污染以及热喷涂结合力差的弊病，同时避免了双金属离心铸造和镶陶瓷套工艺复杂、成本高的弊端，实现了厚度达到毫米数量级的均匀平整、与基体呈冶金结合、高硬度的无排放污染、高效率的筒状零件内孔等离子冶金镀层技术；(2)、等离子冶金镀层工艺调整方便，适应不同规格型号缸筒零件的灵活生产，辅助工序少；(3)、可根据工况要求随时调整合金粉末成分，达到最佳使用效果。

Claims

1.一种筒状零件内孔等离子冶金镀层的方法，其实施步骤是：将钢制筒状零件预热至300～900℃，装入可旋转的保护套筒内定位，开动保护套筒达到每分钟800～1800转，把转移弧熔覆等离子炬伸入筒状零件内孔的一端，引燃等离子弧同时送入合金粉末，等离子炬以每秒0.5～5毫米的速度平行于筒状零件轴线匀速向另一端移动，熔覆完成后取出筒状零件放入保温炉或者石灰粉中保温缓冷。