CN106282884B

CN106282884B - 一种导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺

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Publication number: CN106282884B
Application number: CN201610682005.6A
Authority: CN
Inventors: 黄磊; 谢述锋; 武笑宇
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2019-03-08
Anticipated expiration: 2036-08-18
Also published as: CN106282884A

Abstract

本发明涉及一种导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺，所述涂层化学成分及含量分别为：Mo 45~55%、Cu 15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni；该制备工艺包括待喷涂导轨表面下切、导轨表面清洗、遮蔽保护、喷砂粗化、涂层制备和涂层研磨加工等步骤，采用高速等离子喷涂技术，可在电磁轨道炮发射导轨表面制备均匀致密的大厚度、高导电、耐磨损涂层，磨削后的涂层厚度为1.0~1.1mm，涂层与导轨的结合强度为20~35MPa，涂层的显微硬度为450~600HV0.1，导电率为5~12%IACS。本发明获得的高导耐磨涂层主要用于电磁轨道炮发射导轨等特殊部件，可以有效地提高导轨表面硬度、耐磨性和抗电蚀性，延长使用寿命，提高导轨表面热硬性、降低刨削失效机率，具有重要的工程应用价值。

Description

一种导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺

技术领域

本发明涉及热喷涂涂层技术领域，具体的说是一种导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺。

背景技术

电磁轨道炮发射时导轨通过的瞬时电流高达MA级，在导轨内阻、电流趋肤效应、电枢高速摩擦作用下导轨表面要经受极大的热－流冲击，易使导轨材料表面软化、甚至熔化、强度降低，从而导致“刨削”、“转捩”等现象产生，显著降低导轨的发射寿命。因此，发射导轨材料需具备高强、高硬、高导、耐磨、抗蚀等综合性能，目前的单质材料均难以同时满足上述要求。在高强、高导的导轨表面制备一层厚度可控的高导耐磨抗蚀特殊涂层，有望解决发射导轨材料失效的关键问题。

现有解决导轨“刨削”、“转捩”等现象的主要技术是通过导轨/电枢的结构优化设计、加工和装配过程的尺寸精度控制、以及脉冲电源电流波形控制等。如申请号为200610125374.1的发明专利《一种电磁轨道炮》中，在两根导轨上分别开有对称的张角为30~60度的V形槽，固体电枢采用两个相对称的侧翼从本体向两侧伸展的结构，这种设计使得两个侧翼前端的上、下表面与V形槽滑动接触时构成固体电枢与导轨的电接触表面，在两个V形槽的开口处两个侧翼的后端分别与两根导轨相分离，从而有效控制转捩电弧的危害。目前尚未有在导轨材料表面涂覆特殊涂层的发明专利来解决上述问题。在超厚涂层制备方面，申请号为201510329817.8的发明专利《超厚涂层真空等离子喷涂成型方法》提供了一种高结合强度的超厚涂层制备方法，采用多道次的真空等离子喷涂+真空热处理+喷砂、转移弧清理方法，涂层厚度可大于1.5mm，与基体的结合强度高达65MPa左右。但该涂层制备方法工艺复杂，生产成本高，制备的涂层面积受限于真空室尺寸，不适合大规格导轨表面涂层的制备。此外，申请号为201010168852.3的发明专利《一种大气等离子体喷涂法制备细晶钨、钼涂层的方法》通过对超细钨粉及钼粉进行造粒处理，喷涂过程中布置保护气幕，在无氧铜、不锈钢表面制备了低孔隙率、较好力学性能和抗热冲击的细晶钨、钼涂层，涂层厚度约1mm，主要用于机械部件的耐磨表面保护层及耐高温等离子体冲刷部件。但该涂层的显微硬度为245~532HV，与基体结合强度为10~35MPa，涂层导电率未考核，涂层的性能不稳定，也不适合导轨涂层制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺，在发射导轨表面采用高速等离子喷涂技术制备一层均匀致密的高导电耐磨损涂层，以提高电磁轨道炮发射导轨的耐磨性和抗电蚀性，延长导轨的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种导轨用高导电耐磨损涂层，所述涂层化学成分及含量分别为：Mo 45~55%、Cu15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni。

所述涂层化学成分及含量分别为：Mo 50%、Cu 20%、Cr 8%、B 2%、Si 3%、余量为Ni。

一种如上所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，该制备工艺包括待喷涂导轨表面下切、导轨表面清洗、遮蔽保护、喷砂粗化、涂层制备和涂层研磨加工，所述涂层制备是指以化学成分及含量分别为：Mo 45~55%、Cu 15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni的混合物质为原料，采用等离子喷涂工艺在导轨表面制备高导耐磨涂层，并采用多道喷涂+惰性气幕冷却的方式防止涂层过热，所得涂层的厚度为1.1~1.3mm，喷涂气体为氩气+氢气，喷涂粒子平均速度为280~320m/s，第一道喷涂时对导轨表面进行预热，预热后导轨表面温度≥80℃，喷涂过程中导轨表面温度≤180℃。

所述的待喷涂导轨表面下切是指：将待喷涂导轨表面下切，其下切部位为电枢与导轨接触表面的中心区域，下切深度为1.1mm，边距为5mm，四角倒圆，R＝5mm，四边倒角，45°×1mm。

所述导轨表面清洗是指将待喷涂导轨表面下切部位先用丙酮或石油醚，再用无水乙醇进行清洗，确保表面洁净。

所述遮蔽保护是指采用喷涂工装或喷涂遮蔽胶带对导轨不需要喷涂的其它表面进行遮蔽保护。

所述喷砂粗化是指对待喷涂导轨表面进行喷砂粗化，喷砂用压缩空气干燥、无油，气压为0.6~0.8MPa，喷射角为90±10°，喷砂距离为0.15~0.2m，喷砂时间以导轨表面露出亚光色新鲜金属表面为止；所述喷砂采用24目和40目棕刚玉砂粒按3：1混合所得。

所述涂层研磨加工是指采用80~120目陶瓷砂轮对导轨涂层进行粗磨，磨削速度20~30m/s，进刀量0.01~0.03mm，粗磨后采用240~320目的陶瓷砂轮对导轨涂层进行精磨，磨削速度25~40m/s，进刀量为0.01mm。

本发明的有益效果：

本发明提供的导轨用高导电耐磨损涂层及其制备工艺，涂层化学成分及含量为：Mo 45~55%、Cu 15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni；采用高速等离子喷涂技术，可在电磁轨道炮发射导轨表面制备均匀致密的大厚度、高导电、耐磨损涂层，磨削后的涂层厚度为1.0~1.1mm，涂层与导轨的结合强度为20~35MPa，涂层的显微硬度为450~600HV0.1，导电率为5~12%IACS。本发明获得的高导耐磨涂层主要用于电磁轨道炮发射导轨等特殊部件，可以有效地提高导轨表面硬度、耐磨性和抗电蚀性，延长使用寿命，提高导轨表面热硬性、降低刨削失效机率，具有重要的工程应用价值。与现行涂层及制备技术相比，具有涂层厚、硬度高、导电率高、加工性能好，能解决现行涂层耐磨性与导电性难以兼容等问题。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

一种如上所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一：待喷涂导轨表面下切，将待喷涂导轨表面下切，其下切部位为电枢与导轨接触表面的中心区域，下切深度为1.1mm，边距为5mm，四角倒圆，R＝5mm，四边倒角，45°×1mm；

步骤二：导轨表面清洗，将待喷涂导轨表面下切部位先用丙酮或石油醚，再用无水乙醇进行清洗，确保表面洁净；

步骤三：遮蔽保护，采用喷涂工装或喷涂遮蔽胶带对导轨不需要喷涂的其它表面进行遮蔽保护；

步骤四：喷砂粗化，对待喷涂导轨表面进行喷砂粗化，喷砂用压缩空气干燥、无油，气压为0.6~0.8MPa，喷射角为90±10°，喷砂距离为0.15~0.2m，喷砂时间以导轨表面露出亚光色新鲜金属表面为止；所述喷砂采用24目和40目棕刚玉砂粒按3：1混合所得；

步骤五：涂层制备，以如上所述的化学成分及含量的混合物质为原料，采用等离子喷涂工艺在导轨表面制备高导耐磨涂层，并用多道喷涂+惰性气幕冷却的方式防止涂层过热，所得涂层的厚度为1.1~1.3mm，喷涂气体为氩气+氢气，喷涂粒子平均速度为280~320m/s，第一道喷涂时对导轨表面进行预热，预热后导轨表面温度≥80℃，喷涂过程中导轨表面温度≤180℃；

步骤六：涂层研磨加工，采用80~120目陶瓷砂轮对导轨涂层进行粗磨，磨削速度20~30m/s，进刀量0.01~0.03mm，粗磨后采用240~320目的陶瓷砂轮对导轨涂层进行精磨，磨削速度25~40m/s，进刀量为0.01mm。

本发明采用高速等离子喷涂技术在发射导轨表面制备一层约1.0~1.2mm厚的均匀致密的高导耐磨钼系合金涂层，通过涂层化学成分优化设计、等离子喷涂工艺优化及喷涂后的研磨加工，保证涂层与导轨的结合强度、表面精度及导电率的要求。涂层的化学成分及含量如表1所示，等离子喷涂工艺参数见表2。

表1 涂层化学成分及含量

化学成分

Mo

Cu

Cr

B

Si

Ni

含量（%）

45~55

15~25

6~10

1~3

2~4

余量

表2 等离子喷涂工艺参数

喷涂电流（A）	喷涂电压（V）	主气压力（MPa）	主气流量（L/min）	辅气压力（MPa）	辅气流量（L/min）
						700~900	50~65	0.5~0.8	50~80	0.4~0.6	3~12
载气流量（L/min）	送粉速度（g/min）	喷涂距离（mm）	喷涂角度（°）	喷涂速度（mm/s）	喷涂步距（mm）
						5~8	20~50	90~120	75~90	200~500	2~5

实施例1：

导轨与电枢接触表面中心区域下切深度1.1mm，涂层成分为Mo 50%，Cu 20%，Cr8%，B 2%，Si 3%，余量为Ni。制备工艺为喷涂电压55V，电流750A，主气压力0.6MPa，主气流量50L/min，辅气压力0.5MPa，辅气流量6L/min，载气流量5L/min，送粉速度30g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度90°，喷涂速度250mm/s，基体温度小于180℃。制备的涂层结合强度27MPa，显微硬度492HV0.1，导电率7.3%IACS，研磨加工后的涂层表面粗糙度0.72um。

实施例2：

导轨与电枢接触表面中心区域下切深度1.15mm，涂层成分为Mo 55%，Cu 25%，Cr6%，B 1.0%，Si 2%，余量为Ni。制备工艺为喷涂电压55V，电流800A，主气压力0.6MPa，主气流量60L/min，辅气压力0.5MPa，辅气流量8L/min，载气流量5L/min，送粉速度30g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度90°，喷涂速度250mm/s，基体温度小于180℃。制备的涂层结合强度25MPa，显微硬度484HV0.1，导电率10.8%IACS，研磨加工后的涂层表面粗糙度0.70um。

实施例3：

导轨与电枢接触表面中心区域下切深度1.12mm，涂层成分为Mo 55%，Cu 15%，Cr10%，B 2.5%，Si 3.5%，余量为Ni。制备工艺为喷涂电压60V，电流800A，主气压力0.6MPa，主气流量55L/min，辅气压力0.5MPa，辅气流量8L/min，载气流量5L/min，送粉速度30g/min，喷涂距离为100mm，喷涂角度90°，喷涂速度250mm/s，基体温度小于180℃。制备的涂层结合强度32MPa，显微硬度548HV0.1，导电率6.5%IACS，研磨加工后的涂层表面粗糙度0.75um。

Claims

1.一种导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，所述涂层化学成分及含量分别为：Mo 45~55%、Cu 15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni；该制备工艺包括待喷涂导轨表面下切、导轨表面清洗、遮蔽保护、喷砂粗化、涂层制备和涂层研磨加工，其特征在于：所述涂层制备是指以化学成分及含量分别为：Mo 45~55%、Cu 15~25%、Cr 6~10%、B 1~3%、Si 2~4%、余量为Ni的混合物质为原料，采用等离子喷涂工艺在导轨表面制备高导耐磨涂层，并采用多道喷涂+惰性气幕冷却的方式防止涂层过热，所得涂层的厚度为1.1~1.3mm，喷涂气体为氩气+氢气，喷涂粒子平均速度为280~320m/s，第一道喷涂时对导轨表面进行预热，预热后导轨表面温度≥80℃，喷涂过程中导轨表面温度≤180℃。

2.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述涂层化学成分及含量分别为：Mo 50%、Cu 20%、Cr 8%、B 2%、Si 3%、余量为Ni。

3.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述的待喷涂导轨表面下切是指：将待喷涂导轨表面下切，其下切部位为电枢与导轨接触表面的中心区域，下切深度为1.1mm，边距为5mm，四角倒圆，R＝5mm，四边倒角，45°×1mm。

4.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述导轨表面清洗是指将待喷涂导轨表面下切部位先用丙酮或石油醚，再用无水乙醇进行清洗，确保表面洁净。

5.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述遮蔽保护是指采用喷涂工装或喷涂遮蔽胶带对导轨不需要喷涂的其它表面进行遮蔽保护。

6.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述喷砂粗化是指对待喷涂导轨表面进行喷砂粗化，喷砂用压缩空气干燥、无油，气压为0.6~0.8MPa，喷射角为90±10°，喷砂距离为0.15~0.2m，喷砂时间以导轨表面露出亚光色新鲜金属表面为止；所述喷砂采用24目和40目棕刚玉砂粒按3：1混合所得。

7.如权利要求1所述的导轨用高导电耐磨损涂层的制备工艺，其特征在于：所述涂层研磨加工是指采用80~120目陶瓷砂轮对导轨涂层进行粗磨，磨削速度20~30m/s，进刀量0.01~0.03mm，粗磨后采用240~320目的陶瓷砂轮对导轨涂层进行精磨，磨削速度25~40m/s，进刀量为0.01mm。