CN105441853A

CN105441853A - 一种双级表面复合强化方法

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Publication number: CN105441853A
Application number: CN201510928674.2A
Authority: CN
Inventors: 王菡晢; 翟长生; 翟腾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明公开了一种双级表面复合强化方法，包括以下步骤：工装保护、待强化表面粗糙洁净化处理、预涂覆涂层、预热感应熔涂、滚压硬化、后续精加工、质检入库。本发明将预热感应熔涂工艺与滚压硬化工艺相统一，实现了机械零件表面双级强化处理，使得涂层的硬度、耐磨性等力学性能得到两级提升，机械零件基体与涂层之间实现了冶金结合，有效地防止了涂层剥落，显著地提升了机构零件的使用寿命，因而具有良好的经济效益、节能效果。采用本发明，既可以用于机械零件的新品强化，也可用于机械零件的旧品再制造。

Description

一种双级表面复合强化方法

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，涉及一种表面强化方法，特别是涉及一种双级表面复合强化方法。

背景技术

表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。采用激光熔覆的方法对模具进行修复与表面强化。但是，激光熔覆方法存在效率低、强度低、熔覆层易开裂和成本极高等问题。

目前，模具修复与表面强化的方法通常还有：(1)电镀：具有工艺成熟、成本较低等优点，但是不足之处是镀层较薄，与模具的结合力差，外形损坏较大的部位难于修复以及对环境有污染。(2)堆焊：常用的堆焊方法有钎焊、电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊等，堆焊时，热量输入大，导致模具热影响区大且易变形。(3)热喷涂：工艺简单，但涂层易产生气孔，以及存在涂层与模具之间结合强度低等缺点。(4)激光熔覆：激光熔覆方法存在效率低、强度低、熔覆层易开裂和成本极高等问题。

因此，寻求新的表面强化方法，对机械零件进行表面强化，进而提高其使用寿命是科技工作者与工程师中致力追求的目标。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种双级表面复合强化方法，将感应熔涂技术和滚压硬化技术结合在一起，在感应熔涂制备强化层的基础上，通过滚压硬化处理，既使涂层与基体之间形成强冶金结合，有效地避免了涂层剥落，又显著提高了机械零件表面的硬度、耐磨性等力学性能，使用寿命得到极大地提升，显著降低了机械零件使用和运行成本，达到机构零件之表面强化之目的。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双级表面复合强化方法，包括以下步骤：

1)工装保护：对非涂覆部位进行工装保护，使非涂覆部位避免喷砂破坏；

2)喷砂粗糙洁净化处理：对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求；喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为14~30目；

3)预沉积涂层：选取所用喷涂粉末，采用热喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层；预热感应熔涂：对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂，实现涂层与零件基体的冶金结合，以及，使涂层致密，并达到规定的涂层硬度。

4)滚压硬化处理：采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，使涂层硬度和致密性得到进一步提升。

进一步，所选用的喷涂粉末，既可以是镍基合金粉末、铁基合金粉末、铜基合金粉末和钴基合金粉末中的一种，也可以是上述的两种以上粉末。

进一步，喷涂层的结构既可以是单一合金结构，也可以是梯度结构，又可以是以上两种粉末组成的复合结构。

进一步，感应熔涂工艺分为三个步骤：

a)对已形成涂层的模具表面进行预热，预热温度范围：200~600℃；

b)对涂层进行重熔处理，对于镍基合金粉末，涂层重熔温度：900~1100℃；对于铁基、钴基粉末，涂层重熔温度：1050~1200℃；

c)保温冷却至400℃后，自然冷却至室温。

进一步，用于预热和感应重熔的设备为感应加热设备，其工作频率：5~30KHZ，根据模具的形状、大小，其设备功率为：40~500KVA。

进一步，滚压工艺分为两个步骤：

a)或在感应熔涂后工件表面温度降至300~500℃时，或采用感应加热，将工件预热至300~500℃。

b)对涂层进行滚压处理，加滚压力5000~200000N之间，滚压后的涂层硬度比感应熔涂层的硬度高HRC5~15。

本发明的有益效果：将预热感应熔涂工艺与滚压硬化工艺相统一，实现了机构零件表面双级强化处理，使得涂层的硬度、耐磨性等力学性能得到两级提升，机械零件基体与涂层之间实现了冶金结合，界面结合力达300~450Ma，有效地防止了涂层剥落，显著地提升了其的使用寿命，因而具有良好的经济效益、节能效果。采用本发明，既可以用于机械零件的新品强化，也可用于机械零件的旧品再制造。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：基于镍基合金涂层的双级表面复合强化处理

其具体工艺步骤：

1)对非涂覆部位进行工装保护，使非涂覆部位避免喷砂破坏。

2)对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求；喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为14~16目。

3)选取所用的镍基自熔性合金粉末，采用普通火焰喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层。镍基自熔性合金粉末粒度：150~320目，其成分：C:0.3~0.5wt.%，Si:3.0~4.5wt.%，B:2.0~3.0wt.%，Cr:11~15wt.%，Fe:≤5wt.%，余量：Ni。沉积的涂层厚度：0.8mm。

4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率：8KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至200℃；感应熔涂工作频率：10KHZ，熔涂温度：1020℃，熔涂功率：110KVA，预热感应熔涂后的涂层硬度：HRC44~49。

5)采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，加滚压力：100000N，滚压硬化后的涂层硬度为：HRC57~60。

实施例2：基于铁基合金涂层的双级表面复合强化处理

其具体工艺步骤：

3)选取所用的铁基自熔性合金粉末，采用亚音速火焰喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层。镍基自熔性合金粉末粒度：150~320目，其成分：C:0.6~1.0wt.%，Si:3.0~4.3wt.%，B:3.0~4.0wt.%，Cr:3.0~4.0wt.%，Ni16~285wt.%，余量：Fe。沉积的涂层厚度：1.0mm。

4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率：12KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至350℃；感应熔涂工作频率：15KHZ，熔涂温度：1150℃，熔涂功率：280KVA，预热感应熔涂后的涂层硬度：HRC49~52。

5)采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，加滚压力：150000N，滚压硬化后的涂层硬度为：HRC55~58。

实施例3：基于钴基合金涂层的双级表面复合强化处理

其具体工艺步骤：

2)对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求；喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为18~20目。

3)选取所用的钴基自熔性合金粉末，采用超音速火焰喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层。镍基自熔性合金粉末粒度：150~400目，其成分C:0.7~1.4wt.%，Si:3.5~4.0wt.%，B:2.0~3.5wt.%，Cr:18~20wt.%，Ni:26~60wt.%，Fe:≤12wt.%，余量：Co。沉积的涂层厚度：1.5mm。

4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率：16KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至350℃；感应熔涂工作频率：12KHZ，熔涂温度：1150℃，熔涂功率：290KVA，预热感应熔涂后的涂层硬度：HRC51~54。

5)采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，加滚压力：200000N，滚压硬化后的涂层硬度为：HRC58~63。

实施例4：基于梯度涂层的双级表面复合强化处理

其具体工艺步骤：

3)涂层结构设计：

(1)底层粉末：镍基合金粉末，粉末粒度：150~320目，其成分：C:0.5~1.1wt.%，Si:3.5~5.5wt.%，B:3.0~4.5wt.%，Cr:15~20wt.%，Fe:≤5wt.%，余量：Ni。沉积的涂层厚度：0.3mm。

(2)工作层粉末：含35wt.%的镍基合金粉末，粉末粒度：150~320目，其镍基合金成分：C:0.5~1.1wt.%，Si:3.5~5.5wt.%，B:3.0~4.5wt.%，Cr:15~20wt.%，Fe:≤5wt.%，余量：Ni。碳化钨粉末占合金粉末百分比：35wt.%。沉积的涂层厚度：0.7mm。

采用普通火焰喷涂工艺，按照设计的涂层结构进行喷涂，沉积规定的涂层材料和涂层厚度。

4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率：12KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至250℃；感应熔涂工作频率：16KHZ，熔涂温度：1020℃，熔涂功率：320KVA，预热感应熔涂后的涂层硬度：HRC58~62。

5)采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，加滚压力：200000N，滚压硬化后的涂层硬度为：HRC61~67。

以上所述仅是本发明的几种较佳的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种双级表面复合强化方法，包括以下步骤：

3)预沉积涂层：选取喷涂粉末，采用热喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层；

预热感应熔涂：对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂，实现涂层与零件基体的冶金结合，使涂层致密，并达到规定的涂层硬度；

2.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：所述喷涂粉末为镍基合金粉末、铁基合金粉末、铜基合金粉末或钴基合金粉末中的一种，或两种以上粉末。

3.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：喷涂层的结构为单一合金结构或梯度结构，又可以是以上两种粉末组成的复合结构。

4.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：感应熔涂工艺分为三个步骤：a)对已形成涂层的模具表面进行预热，预热温度范围：200~600℃；b)对涂层进行重熔处理，对于镍基合金粉末，涂层重熔温度：900~1100℃；对于铁基、钴基粉末，涂层重熔温度：1050~1200℃；c)保温冷却至400℃后，自然冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：用于预热和感应重熔的设备为感应加热设备，其工作频率：5~30KHZ，根据模具的形状、大小，其设备功率为：40~500KVA。

6.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：滚压工艺分为两个步骤：a)或在感应熔涂后工件表面温度降至300~500℃时，或采用感应加热，将工件预热至300~500℃；b)对涂层进行滚压处理，加滚压力5000~200000N之间，滚压后的涂层硬度比感应熔涂层的硬度高HRC5~15。

7.根据权利要求1所述的一种双级表面复合强化方法，其特征在于：本发明既可以用作模具的新品强化，也可用作模具的旧品再制造。