CN106282882A - 一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，是采用爆炸喷涂方法在轴类零件上喷涂Ni60、钴和铬制成的复合材料。喷涂距离为50‑140mm，以乙炔和氧气为燃烧材料。输入气体0­₂压力为1‑1.3Mpa、乙炔压力为1‑1.4 MPa、N₂压力为4‑5 MPa、O₂C₂H₂为0.72‑1.5 MPa,氧气燃烧为73‑149 ms、氧气接收为75‑147 ms、送分速率1‑1.4g/s，对轴类工作表面进行爆炸喷涂冲击40‑80次/min，复合材料时在Ni60粉中加入占Ni60重量百分比的钴Co5‑17%；铬Cr5‑17%，混合搅拌均匀制成。采用本复合材料用爆炸方法喷涂在轴类零件上能提高轴类零件的表面硬度、耐磨性能和使用寿命。

Description

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术，具体涉及一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法。

背景技术

轴类零件是机床的主要部件，在制造产业中，在齿轮轴的设计制造与生产要满足其性能要求。汽车的齿轮轴在变速箱和后桥中做高速旋转，支承齿轮的转动并与之一起回转并传递运动、扭矩、弯矩。齿轮轴主要承受交变载荷，冲击载荷，剪切应力和接触应力。轴易产生裂纹，磨损是导致齿轮轴材料，失效原因之一，通过改善材料的耐磨性能来降低材料的损耗一直是材料科学工作者非常关注的问题。利用热喷涂技术在零件表面制备理想的涂层，用来提高其耐磨性、抗蚀性是行之有效的方法。

爆炸喷涂是在火焰喷涂、爆炸喷涂、电弧喷涂诸方法之上的一种独具特色的金属表面覆层技术，其涂层致密、结合强度高、气孔率低、硬度高等均表现出优越的性能，因而受到世界各先进工业国家的注目，是热喷涂领域国内外公认的高新技术。极大地提高了热喷涂涂层的质量,尤其是在其涂层与基体的结合强度,涂层硬度和涂层表观孔隙率方面达到了常规热喷涂技术无法企及的程度,它使复合材料的综合性能达到了一个新的高度。

目前选用合金钢材料为40Cr钢轴类零件进行试件的制作。40Cr钢为优质合金钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板、梢子、导柱等，但需热处理。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于摩托车、汽车上，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等，在工作中要承受巨大的摩擦力，因此需要进一步提高40cr钢轴类零件表面的耐磨性能和硬度，提高40cr钢轴类零件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的，是提供一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，采用该方法能大幅度提高轴类零件的表面硬度、耐磨性能和使用寿命。

为达到上述目的而采用的技术方案是：

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：

1、喷涂用复合材料的制备

在金属Ni60粉中加入占金属Ni60重量百分比的5-17.5%Co和5-17.5Cr%，混合均匀，制成喷涂用复合材料，备用。

2、选用适于爆炸喷涂的设备，采用爆炸方法，将步骤1制备的复合材料喷涂在轴类零件的表面上，具体喷涂工艺包括下述步骤：

（1）对40Cr轴类零件表面进行处理

先对基体40Cr表面进行清洗，脱脂和粗化处理，在丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗10min,进行脱脂、脱水处理，再利用300-600um的金刚砂喷砂至表面粗糙度Ra=7um,喷砂过程参数为压力0.5-0.7MPa.喷射角度90°，喷砂距离50mm.喷砂后立即进行涂层沉积。

（2）用N₂气向爆炸喷涂用枪管中输送粉末，清扫燃烧室，N₂气同时充当保护气体，防止回火。

（3）枪管距40Cr轴类零件距离为50-140mm，喷涂时输入气体参数为0₂压力为1-1.3Mpa、乙炔压力为1-1.4 MPa、N₂压力为4-5 MPa、O₂C₂H₂为0.72-1.5MPa,氧气燃烧为73-149 ms、氧气接收为75-147 ms、送分速率1-1.4g/s，对40Cr轴类工作表面进行爆炸喷涂冲击40-80次/min，喷涂厚度为200um-600um，即得。

喷涂后进行测量其表面硬度和表面电子显微镜测试和分析，用M-200试验机进行磨损试验，使用润滑油（30粘度的矿物油）测试磨损率，磨损时加载F=10N，转速v= 200rad/min ，磨损时间为T=50min。磨损后对试件进行清洗，采用超声清洗震荡15min，吹干试件，用无水乙醇浸泡10-20min吹干后，电子天平称重。试验进行 5次，每次磨损时间为10 min，试验50min。

本发明具有较好的显微硬度，经喷涂后的工件表面平均硬度在964HV，最高可达1219HV，在硬度840.9HV-1219HV之间，最高可达1219HV，可提高表面耐磨性3倍以上，喷涂层厚为200um-600um，耐磨性较好，如爆炸喷涂40Cr以50次/min到60次/min时10min磨损量为0.0007g-0.0023g，表面耐磨性3倍以上，使其达到节约资源，提高普通材料的使用价值。

表1 金属镍 Ni60的理化性能。

表2 钴和铬二种喷涂粉的理化性能。

喷涂粉	熔点（℃）	HRC	性能	应用
					钴	1493	49-51	高的硬度、良好的耐磨性和良好的韧性	广泛应用于航空航天冶金、电力及其机械领域增强基体金属的耐磨性，或作为磨损部件的修复
铬	1000	38-41	提高耐蚀性能和抗高温氧化性	应用于材料表面，防腐，和氧化

附图说明

图1是40Cr 爆炸喷涂 喷50次镍 Ni60中添加A%Co和B%Cr的能谱图。

图2是40Cr 爆炸喷涂 喷50次镍 Ni60中A%Co和B%Cr的电镜图。

具体实施方式

实施例一

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，包括下述步骤：

选择喷涂设备为俄罗斯生产的OB型爆炸喷涂机，枪管长1.25m，位于枪管末端有电火花塞、距喷嘴0.5m设有送粉器。

在金属Ni60粉中按重量比添加钴Co:10%；铬Cr:15%,混合搅拌均匀，40Cr工件表面喷砂后，进行40次/min-80次/min的爆炸冲击喷涂，对喷涂后的工件进行硬度测试和用M-200试验机磨损试验，之后再进行电镜观测分析表面成分，即得。

实施例2

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，选用的喷涂设备与实施例一相同。喷涂用复合材料为：

在金属Ni60粉中按重量比添加钴Co:15%，铬Cr:5%，混合搅拌均匀对40Cr工件表面喷砂后，清洗后进行40次/min-80次/min的爆炸冲击喷涂,对喷涂后的40Cr工件进行硬度测试和M-200试验机进行磨损试验后，磨损电镜观测分析表面成分，即得。

实施例三

一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，采用的喷涂复合材料为：

在金属Ni60粉中按重量比添加钴Co:5%；铬Cr:15%，混合搅拌均匀对40Cr工件表面喷砂后，清洗后进行40次/min-80次/min的爆炸冲击喷涂，喷涂后的工件进行硬度测试和M-200试验机进行磨损试验后进行硬度测试，之后再进行电镜观测分析表面成分，即得。

Claims (4)

1.一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：

（1）喷涂用复合材料的制备；

在金属Ni60粉中加入占金属Ni60重量百分比的5-17.5%Co和5-17.5%Cr，混合均匀，制成喷涂用复合材料，备用；

（2）选用适于爆炸喷涂的设备，采用爆炸方法，将步骤1制备的复合材料喷涂在轴类零件的表面上，具体喷涂工艺包括下述步骤：

1）对40Cr轴类零件表面进行处理；

先对基体40Cr表面进行清洗，脱脂和粗化处理，在丙酮和无水乙醇溶液中超声清洗10min,进行脱脂、脱水处理，再利用300-600um的金刚砂喷砂至表面粗糙度Ra=7um,喷砂过程参数为压力0.5-0.7MPa.喷射角度90°，喷砂距离50mm；喷砂后立即进行涂层沉积；

2）用N2气向爆炸喷涂用枪管中输送粉末，清扫燃烧室，N2气同时充当保护气体，防止回火；

3）枪管距40Cr轴类零件距离为50-140mm，喷涂时输入气体参数为0₂压力为1-1.3Mpa、乙炔压力为1-1.4 MPa、N₂压力为4-5 MPa、O₂C₂H₂为0.72-1.5 MPa,氧气燃烧为73-149 ms、氧气接收为75-147 ms、送分速率1-1.4g/s，对40Cr轴类工作表面进行爆炸喷涂冲击40-80次/min，喷涂厚度为200um-600um，即得。

2.根据权利要求1所述的一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：

所述喷涂用复合材料是由金属Ni60粉中加入占Ni60重量百分比的Co 5%和Cr 15%构成。

3.根据权利要求1所述的一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：

所述的喷涂用复合材料是由金属Ni60粉中加入占Ni60重量百分比的5-17.5%Co和5-17.5%Cr构成。

4.根据权利要求1所述的一种爆炸喷涂制备镍合金耐磨涂层的制备方法，其特征在于：

所述的喷涂用复合材料是由金属Ni60粉中加入占Ni60重量百分比的5-17.5%Co和5-17.5%Cr构成。