CN104451524A - 一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小直径球的表面涂层领域，具体为一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法。根据中空小直径球的结构特点，设计喷涂工装，在等离子喷涂设备上实现自动化喷涂，采用真空重熔技术形成冶金结合；其中，喷涂工装采用竖直杆，小直径球穿在竖直杆上，竖直杆上的各小直径球之间采用隔环进行间隔处理，竖直杆安装于旋转台上。采用等离子喷涂设备对小直径球零件自动化喷涂NiCrBSi涂层，后续进行真空重熔处理形成冶金结合，采用工装解决喷涂后端面存在涂层的问题，提高合格率。

Description

一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法
技术领域
本发明涉及小直径球的表面涂层领域，具体为一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法。
背景技术
小直径球零件(外径<13mm)外表面可通过制备NiCrBsi涂层提高其耐摩擦磨损性能，延长使用寿命。由于零件尺寸小，造成喷涂保护困难，喷涂后两侧端面易存在涂层，后续机械加工时不易找正定位基准。
小直径球(举例)尺寸见图1，对小直径球1的A表面9.5mm长度上喷涂NiCrBSi增强耐摩擦磨损性能尺寸小，喷涂保护困难，喷涂时小直径球1的B、C两侧端面易存在涂层，后续车加工时不易找正定位基准，产生废品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，采用等离子喷涂设备对小直径球零件自动化喷涂NiCrBSi涂层，后续进行真空重熔处理形成冶金结合，采用工装解决喷涂后端面存在涂层的问题，提高合格率。
本发明的技术方案是：
一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，根据中空小直径球的结构特点，设计喷涂工装，在等离子喷涂设备上实现自动化喷涂，采用真空重熔技术形成冶金结合；
其中，喷涂工装采用竖直杆，小直径球穿在竖直杆上，竖直杆上的各小直径球之间采用隔环进行间隔处理，竖直杆安装于旋转台上。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，隔环外侧面缠绕1～2层的耐高温胶带，以便吹砂喷涂后方便涂层的清理。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，涂层制备工艺流程为：
(1)除油、清理；
(2)使用小直径球喷涂工装进行保护；
(3)吹砂；
(4)喷涂；
(5)清理涂层；
(6)外观检查；
(7)真空重熔处理。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，采用丙酮或汽油对小直径球零件表面除油处理，将小直径球穿在小直径球喷涂工装竖直杆上，采用36目刚玉砂、0.2～0.4MPa的压力式风压、100～150mm的喷砂距离进行吹砂处理，采用干净的压缩空气吹除表面浮灰；吹砂完成后小直径球零件表面均匀，无金属光泽，不漏吹。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，将小直径球喷涂工装竖直杆固定在旋转台上，调整旋转台的转速至120～300rpm，喷枪在200～500mm长度竖直杆的移动速度计算如下：
小直径球零件转动一转的时间为60s/(120～300)＝0.2～0.5s，喷枪的喷射燃流宽度为10～16mm，小直径球零件转动一转后，喷涂应扫过1/2的燃流宽度，喷枪的移动速度为(5～8)/(0.2～0.5)＝10～40mm/s。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，喷涂完成后，小直径球零件B、C两侧端面无涂层，对涂层采用金相分析厚度在0.25mm～0.30mm的范围内，涂层金相组织分析显示，涂层厚度均匀，与基体结合良好。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，NiCrBSi喷涂工艺参数如下：
主气Ar：压力70～100psi，流量100ft3/h～110ft3/h；次气H2：压力60～90psi，流量10ft3/h～12ft3/h；电流500～600A；电压45～55V；送粉气体Ar；送粉速率35～60g/min，喷涂距离100～150mm，喷涂角度60～90°。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，真空重熔处理工艺参数如下：
加热前真空室压强≤0.13Pa，加热、保温及随炉冷却时真空室压强≥100Pa；加热温度1020±10℃；保温时间20～25min；加热方式：随炉升温；冷却方法：充Ar气随炉冷却到500℃，然后出炉自然冷却。
所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，中空小直径球外径<13mm，中空小直径球内孔直径5～10mm，中空小直径球的合金牌号是GH99。
本发明的设计思想是：
本发明利用等离子喷涂设备在小直径球零件外表面喷涂NiCrBSi涂层，后续进行真空重熔处理冶金结合，形成表面强化层。采用喷涂工装解决球零件两端面存在涂层的问题，并实现自动化喷涂以提高喷涂稳定性及一致性。利用喷涂工装防止零件间的粘结及端面涂层的产生，易于喷涂后零件的清理。为防止小零件过热，采用了较高的旋转速度和喷枪移动速度，通过计算确定两者的匹配性。为满足小零件的尺寸精度，采用真空重熔技术，创新点为小直径球零件喷涂工装结构及NiCrBSi涂层喷涂、重熔技术。
本发明的优点及有益效果是：
1、按本发明方法生产的涂层工艺可靠，且适合批量生产。不仅适用于小直径球零件NiCrBSi涂层的制备，还可扩展应用到其他小零件涂层的制备，具有广阔的应用前景。
2、本发明喷涂工装能够提高喷涂生产效率和合格率，降低成本。
附图说明
图1为小直径球尺寸图。
图2(a)-(c)为小直径球喷涂工装示意图。其中，图2(a)竖直杆；图2(b)隔环主视图；图2(c)隔环侧视图。
图中，1小直径球；2竖直杆；3旋转台；4隔环。
具体实施方式
本实施例中，中空小直径球1的合金牌号是GH99，用于零件的转接。根据小直径球的结构特点，设计喷涂工装，在MP-200等离子喷涂设备上实现自动化喷涂，采用真空重熔技术形成冶金结合。采用不同喷涂保护工装进行工艺试验，对小直径球的端面进行观察，确定出效果最好的喷涂工装，解决B、C端面存在涂层的问题。
如图1、图2(a)-(c)所示，小直径球1穿在竖直杆2上，各小直径球1之间采用隔环4进行间隔处理，竖直杆2安装于旋转台3上。隔环4外侧面可缠绕1～2层的耐高温胶带，以便吹砂喷涂后方便涂层的清理。
本发明用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，对小直径球零件进行了喷涂生产试验，涂层制备工艺流程为：
(1)除油、清理；
(2)使用小直径球喷涂工装进行保护；
(3)吹砂；
(4)喷涂；
(5)清理涂层；
(6)外观检查；
(7)真空重熔处理。
采用丙酮或汽油对小直径球1零件表面除油处理，将小直径球1穿在小直径球喷涂工装(竖直杆2)上，采用36目刚玉砂、0.3MPa的压力式风压、120mm的喷砂距离进行吹砂处理，采用干净的压缩空气吹除表面浮灰。吹砂完成后小直径球1零件表面应均匀，无金属光泽，不允许漏吹。
将小直径球喷涂工装(竖直杆2)固定在旋转台3上，调整旋转台3的转速至200rpm，喷枪在270mm长度竖直杆的移动速度计算如下：
小直径球1零件转动一转的时间为60s/200＝0.3s，喷枪的喷射燃流宽度为12mm，小直径球1零件转动一转后，喷涂应扫过1/2的燃流宽度，因此喷枪的移动速度为6mm/0.3s＝20mm/s。
本实施例对小直径球1零件进行了喷涂生产试验，NiCrBSi喷涂工艺参数见表1。喷涂完成后，小直径球1零件B、C两侧端面无涂层，解决了端面存在涂层的问题，对涂层采用金相分析厚度在0.25mm～0.30mm的范围内，涂层金相组织分析显示，涂层厚度均匀，与基体结合良好。
表1 NiCrBSi喷涂工艺参数
本实施例对小直径球1零件进行了真空重熔生产试验，真空重熔处理工艺参数见表2，其中：加热前真空室压强优选为0.05～0.1Pa，加热、保温及随炉冷却时真空室压强优选为100～200Pa；冷却时，充Ar气随炉冷却到500℃后，出炉自然冷却。真空重熔处理后，涂层与基体形成冶金结合，产生表面强化，提高了零件的耐摩擦磨损性能。
表2真空重熔处理工艺参数

Claims (9)

1.一种用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，根据中空小直径球的结构特点，设计喷涂工装，在等离子喷涂设备上实现自动化喷涂，采用真空重熔技术形成冶金结合；
其中，喷涂工装采用竖直杆，小直径球穿在竖直杆上，竖直杆上的各小直径球之间采用隔环进行间隔处理，竖直杆安装于旋转台上。
2.按照权利要求1所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，隔环外侧面缠绕1～2层的耐高温胶带，以便吹砂喷涂后方便涂层的清理。
3.按照权利要求1所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，涂层制备工艺流程为：
(1)除油、清理；
(2)使用小直径球喷涂工装进行保护；
(3)吹砂；
(4)喷涂；
(5)清理涂层；
(6)外观检查；
(7)真空重熔处理。
4.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，采用丙酮或汽油对小直径球零件表面除油处理，将小直径球穿在小直径球喷涂工装竖直杆上，采用36目刚玉砂、0.2～0.4MPa的压力式风压、100～150mm的喷砂距离进行吹砂处理，采用干净的压缩空气吹除表面浮灰；吹砂完成后小直径球零件表面均匀，无金属光泽，不漏吹。
5.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，将小直径球喷涂工装竖直杆固定在旋转台上，调整旋转台的转速至120～300rpm，喷枪在200～500mm长度竖直杆的移动速度计算如下：
小直径球零件转动一转的时间为60s/(120～300)＝0.2～0.5s，喷枪的喷射燃流宽度为10～16mm，小直径球零件转动一转后，喷涂应扫过1/2的燃流宽度，喷枪的移动速度为(5～8)/(0.2～0.5)＝10～40mm/s。
6.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，喷涂完成后，小直径球零件B、C两侧端面无涂层，对涂层采用金相分析厚度在0.25mm～0.30mm的范围内，涂层金相组织分析显示，涂层厚度均匀，与基体结合良好。
7.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，NiCrBSi喷涂工艺参数如下：
主气Ar：压力70～100psi，流量100ft3/h～110ft3/h；次气H2：压力60～90psi，流量10ft3/h～12ft3/h；电流500～600A；电压45～55V；送粉气体Ar；送粉速率35～60g/min，喷涂距离100～150mm，喷涂角度60～90°。
8.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，真空重熔处理工艺参数如下：
加热前真空室压强≤0.13Pa，加热、保温及随炉冷却时真空室压强≥100Pa；加热温度1020±10℃；保温时间20～25min；加热方式：随炉升温；冷却方法：充Ar气随炉冷却到500℃，然后出炉自然冷却。
9.按照权利要求3所述的用于小直径球的NiCrBSi涂层制备方法，其特征在于，中空小直径球外径<13mm，中空小直径球内孔直径5～10mm，中空小直径球的合金牌号是GH99。
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