CN102677050A - 一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法 - Google Patents

一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法 Download PDF

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张瑞珠
程金星
郭鹏
郭朋彦
冯在强
李静瑞
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Abstract

本发明公开了一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，具体步骤如下：步骤一，熔覆前对电极和金属工件进行表面预处理；步骤二，以陶瓷硬质合金材料为电极，电极直径为Ф1.5mm～Ф8mm，电极伸长量为3～5mm；步骤三，通入氩气，氩气的流量为3～7L/min，，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极固定转速为2500r/min。本发明提高了金属工件表面的硬度、耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性等，从而延长金属工件的使用寿命，提高设备工作的稳定性。

Description

一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷/金属表面涂层制备技术，具体涉及一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法。
背景技术
磨损、腐蚀问题是普遍存在于工业生产的各个领域，如水轮机过流部件、船舶的螺旋桨叶片表面、水泵、阀门和闸门、轴承、柴油机、航空发动机、声呐、声学通信设备、加工和清洗设备等。一旦在材料表面产生磨损 腐蚀等破坏，材料的性能就会急剧下降, 设备或零部件使用寿命下降，停工停产，造成严重经济损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，提高了金属工件表面的硬度、耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性等，从而延长金属工件的使用寿命，提高设备工作的稳定性。
本发明采用以下技术方案：
一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和金属工件进行表面预处理；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料为电极，电极直径为Ф1.5mm～Ф8mm，电极伸长量为3～5mm；
步骤三，通入氩气，氩气的流量为3～7L/min，，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极固定转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率2500～3500W，熔覆电压160～220V，熔覆频率800～2000HZ，比熔覆时间2～5min/cm2；涂层厚度为15～30μm，涂层硬度为1500～1900HV，过渡层厚度为110-150μm，过渡层硬度为700～1400HV。
进一步，所述预处理步骤为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢。
进一步，所述步骤三中，氩气流量为3L/min；热溶覆工艺参数为：熔覆功率2500W，熔覆电压160V，熔覆频率800HZ，比熔覆时间2min/cm2；涂层厚度为15μm，涂层硬度为1500HV；过渡层厚度为110μm，过渡层硬度为700HV。
进一步，热溶覆工艺参数为：熔覆功率3500W，熔覆电压220V，熔覆频率2000HZ，比熔覆时间5min/cm2。
进一步，热溶覆工艺参数为：熔覆功率2800W，熔覆电压180V，熔覆频率1400HZ，比熔覆时间4.5min/cm2。
本发明的有益效果为： 
1、本发明采用陶瓷硬质合金涂层材料的熔覆制备方法，形成了一层与基体冶金结合的合金层。本发明所采用的工艺熔覆后涂层表面强化点密集、均匀，表面耐磨性、耐腐蚀性、耐气蚀性提高，使用寿命延长；
2、本发明所采用的熔覆工艺方法不会使材料变形。熔覆时间使材料熔化，甚至形成气化的高温，但是由于时间极短，区域比较小，因此热作用只发生在工件表面的微小区域，就整个工件而言，仍然处于常温或者低温状态，工件不会退火或者热变形；
3、在金属表面熔覆陶瓷硬质合金涂层材料后的涂层厚度、粗糙度等都与采用的工艺参数有关，因此可以通过对熔覆参数的适当调节和优化选择，来提高沉积层的性能；
4、本发明所采用的工艺方法不需要特殊、复杂的处理装置和设施，表面强化处理费用较低，而且操作方便，表面强化处理参数易于控制和达到；
5、本发明采用具有相当硬度的材料对质地较差的母材进行表面强化处理，使其表面硬度和性能达到或超过不锈钢，这种方法能以低廉的价格获得优良的抗蚀、抗磨性能，具有巨大的经济效益。对金属材料表面熔覆处理后，涂层与基体的结合非常牢固，不会发生剥落，能达到提高硬度和耐磨性的目的，即得到高性能、长寿命陶瓷硬质合金涂层材料。本发明具有广阔的应用前景，具有巨大的经济效益和社会效益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。
附图说明：
图1为本发明熔覆涂层电极工作原理图；
图2为本发明0Cr18Ni9Ti不锈钢表面熔覆前后表面形貌图。
具体实施方式：
以下用实施例结合附图对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，1为电极（即阳极），2为涂层，3为过渡层，4为金属工件（即阴极），5为等离子电弧。熔覆处理时，通入氩气，在氩气环境中，直接利用电能的高密度能量对金属工件4的表面进行熔覆处理，电极1采用自身旋转方式，即围着轴心高速旋转的方式工作，电极1与工件4的表面产生等离子电弧5，涂层2与工件4表面形成冶金结合层。处理后，表面涂层硬度可达1500～1900HV，过渡层硬度可达700～1400HV，而基体（金属工件）材料硬度低于500HV，由此可见涂层表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延长使用寿命。
实施例1：以0Cr18Ni9Ti不锈钢表面熔覆陶瓷硬质合金涂层为例，具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和0Cr18Ni9Ti不锈钢金属工件进行表面预处理；其表面预处理方法为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料WC-8Co为电极，电极直径为Ф1.5mm，电极伸长量为3 mm；
步骤三，通入氩气，流量为3L/min，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率2500W，熔覆电压160V，熔覆频率800HZ，比熔覆时间2min/cm2。
涂层厚度可达15μm左右，涂层硬度可达1500HV；过渡层厚度可达110μm，过渡层硬度可达700HV。
处理后，表面涂层硬度可达1500HV，过渡层硬度可达700HV，而基体材料硬度低于500HV，由此可见涂层表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延长使用寿命。熔覆前后表面形貌图如图2所示，熔覆后涂层表面强化点密集、均匀，其表面耐磨性、耐腐蚀性、耐气蚀性较熔覆之前提高，使用寿命延长。
实施例2：以0Cr13Ni4Mo不锈钢表面熔覆陶瓷硬质合金涂层为例，电极采用WC电极，具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和0Cr13Ni4Mo不锈钢金属工件进行表面预处理；其表面预处理方法为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料WC为电极，电极直径为Ф8mm，电极伸长量为5 mm；
步骤三，通入氩气，流量为4L/min，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极固定转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率3500W，熔覆电压220V，熔覆频率2000HZ，比熔覆时间5min/cm2。涂层厚度为20μm，涂层硬度为1600HV，过渡层厚度为120μm，过渡层硬度为900HV。
实施例3：以0Cr13Ni5Mo不锈钢表面熔覆陶瓷硬质合金涂层为例，具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和0Cr13Ni5Mo不锈钢金属工件进行表面预处理；其表面预处理方法为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料WC为电极，电极直径为Ф5mm，电极伸长量为4 mm；
步骤三，通入氩气，流量为5L/min，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率3000W，熔覆电压200V，熔覆频率1800HZ，比熔覆时间4min/cm2。涂层厚度为26μm，涂层硬度为1800HV，过渡层厚度为140μm，过渡层硬度为1200HV。
处理后，表面涂层硬度可达1800HV，过渡层硬度可达1200HV，而基体材料硬度低于500HV，由此可见涂层表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延长使用寿命。
实施例4：以0Cr13Ni6Mo不锈钢表面熔覆陶瓷硬质合金涂层为例，具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和0Cr13Ni6Mo不锈钢金属工件进行表面预处理；其表面预处理方法为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料WC-8Co为电极，电极直径为Ф1.5mm，电极伸长量为3.5 mm；
步骤三，通入氩气，流量为7L/min，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率2800W，熔覆电压180V，熔覆频率1400HZ，比熔覆时间5min/cm2。涂层厚度为30μm，涂层硬度为1700HV，过渡层厚度为130μm，过渡层硬度为1100HV。
处理后，表面涂层硬度可达1700HV，过渡层硬度可达1100HV，而基体材料硬度低于500HV，由此可见涂层表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延长使用寿命。
本发明通过在氩气的保护下，以陶瓷硬质合金为旋转电极，利用熔覆技术制备了耐磨、耐蚀硬质合金涂层，制备的涂层与金属基体之间呈冶金结合，结合强度高，涂层硬度和耐磨性好。本发明设备简单，操作灵活；特点是既可以大面积处理，也可以局部修复、补强；对于形状复杂的立体曲面的表面强化、修复更具有优越性；实用性强，该方法可以在易磨损、腐蚀的设备或零部件金属表面形成一种高性能、长寿命新型金属硬面涂层材料，具有很高的实用价值和巨大的经济效益。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一，熔覆前对电极和金属工件进行表面预处理；
步骤二，以陶瓷硬质合金材料为电极，电极直径为Ф1.5mm～Ф8mm，电极伸长量为3～5mm；
步骤三，通入氩气，氩气的流量为3～7L/min，，在氩气的保护氛围下，利用熔覆技术，在金属工件表面制备耐磨、耐蚀陶瓷硬质合金涂层材料；电极固定转速为2500r/min，熔覆工艺参数为：熔覆功率2500～3500W，熔覆电压160～220V，熔覆频率800～2000HZ，比熔覆时间2～5min/cm2；涂层厚度为15～30μm，涂层硬度为1500～1900HV，过渡层厚度为110-150μm，过渡层硬度为700～1400HV。
2.根据权利要求1所述的一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：所述预处理步骤为：先用砂纸打磨，除去金属表面颗粒杂质和氧化皮，再用工业酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：所述步骤三中，氩气流量为3L/min；热溶覆工艺参数为：熔覆功率2500W，熔覆电压160V，熔覆频率800HZ，比熔覆时间2min/cm2；涂层厚度为15μm，涂层硬度为1500HV；过渡层厚度为110μm，过渡层硬度为700HV。
4.根据权利要求1或2所述的一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：热溶覆工艺参数为：熔覆功率2500W，熔覆电压160V，熔覆频率800HZ，比熔覆时间2min/cm2。
5.根据权利要求1或2所述的一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：热溶覆工艺参数为：熔覆功率3500W，熔覆电压220V，熔覆频率2000HZ，比熔覆时间5min/cm2。
6.根据权利要求1或2所述的一种金属工件表面熔覆耐磨耐蚀陶瓷硬质合金涂层的方法，其特征在于：热溶覆工艺参数为：熔覆功率2800W，熔覆电压180V，熔覆频率1400HZ，比熔覆时间4.5min/cm2。
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