CN106435563A - 一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法 - Google Patents

一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及滑动轴承巴氏合金减磨层的制备及修复技术领域，把新兴的冷喷涂技术引入巴氏合金滑动轴承轴瓦内衬减磨层的制造与修复再制造，采用雾化粉体喂料通过冷喷涂获得成分均匀、晶粒及第二相细小弥撒分布且均匀致密的涂层组织结构，辅以挂锡层的设置和喷涂后热处理获得良好的界面结合特性；克服了传统的浇铸法、堆焊法及热喷涂法等技术中存在的组织均匀性差、热冲击、应力与开裂、氧化烧损的不足，提升了轴瓦构件制备质量及水平，减少烧瓦频率，降低停机过临界振动，提高轴承传动单元的平稳性、准确性、可靠性及服役寿命；本方法快速高效、绿色环保，用于轴瓦制造与修复再制造，具有良好的经济效益和社会效益。

Description

一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法
技术领域
本发明涉及滑动轴承巴氏合金减磨层的制备及修复技术领域，特别涉及一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法。
背景技术
锡基巴氏合金是制造大型滑动轴承轴瓦内衬减磨层的关键材料。轴瓦的质量主要取决于内衬层的制备与复合技术；制备技术不同，合金层的成分、第二相形态以及复合界面的结合特性都各不相同，致使轴瓦质量及使用性能存在差别。传统的制备与复合方法主要有浇铸法、堆焊法、热喷涂法等。浇铸法容易产生元素偏析、硬质相偏析及异常长大等问题；此外还存在产品质量不稳定、贵金属浪费、环境污染等问题。堆焊法焊接火焰温度高，工艺质量不易精确控制，易发生不均匀熔融，出现假焊、虚焊等现象；还可能出现氧化、夹杂、气孔等问题，使堆焊层脆化。热喷涂法的喷涂温度高，采用合金粉体喂料时很容易发生粘枪赌枪现象而使设备无法连续工作；采用合金丝材喂料时，为避免脆断，要使用砷等有毒元素且熔炼工艺复杂，环境污染压力增大。
与热喷涂相比，近年来发展起来的冷喷涂技术具有颗粒加速快、加热温度低的特点。固-气两相流通过拉法尔喷嘴被加速，高速飞行颗粒以固体状态撞击基体发生剧烈塑性变形、产生金属射流及射流混合而实现有效沉积与结合。因此结合强度高，沉积过程对基体的热影响小；沉积体不易发生氧化及组织变化，沉积体中能够保持与粉体相似的组织结构；内部热应力小，沉积效率高；粉体成份调控范围大，可有效避免了粘枪赌枪现象的发生。另外与热喷涂相似可通过机械手驱动喷枪实现大面积、复杂形状表面的喷涂，加工灵活，适应性。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，采用雾化粉体喂料通过冷喷涂获得成分均匀、晶粒及第二相细小弥撒分布且均匀致密的涂层组织结构，辅以挂锡层的设置和喷涂后热处理获得良好的界面结合特性；可应用于巴氏合金滑动轴承轴瓦内衬减磨层的制造与修复再制造。
本发明一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、轴瓦钢背去除氧化皮；
步骤二、所述轴瓦钢背进行挂锡处理；
步骤三、以Sn基和Pb基巴氏合金粉末为喂料，用冷喷涂方法在所述轴瓦钢背表面喷涂巴氏合金涂层；巴氏合金粉体采用粒径为10-70微米的巴氏合金粉末；
步骤四、将经过步骤三处理后的所述轴瓦钢背进行热处理，加强巴氏合金涂层在所述轴瓦钢背的表面附着。
进一步的，步骤一中，所述轴瓦钢背去除氧化皮的方法为：经过喷砂或酸洗。
进一步的，步骤二中，所述轴瓦钢背进行挂锡处理的方法为：将经过步骤一处理过的所述轴瓦钢背用水清洗，之后进行熔剂处理；采用的熔剂由氯化锌和氯化铵组成，熔剂配制成水溶液；所述轴瓦钢背经过熔剂处理后，放入300℃-350℃的熔锡中浸镀，浸镀时间1-3min；取出空冷至室温。
进一步的，步骤三中，冷喷涂时，将所述轴瓦钢背工件固定在数控移动工作平台上，喷枪固定不动，所述移动工作平台以设定速度运动，通过扫描搭接制备巴氏合金涂层。
进一步的，步骤三中，冷喷涂时将所述轴瓦钢背工件不动，通过机械手持喷枪扫描搭接制备巴氏合金涂层。
进一步的，步骤三中，冷喷涂的技术参数为：喷涂距离5-50mm，喷涂气体压力0.5-2.8MPa，喷涂气体温度20-220℃，喷涂速度200-400mm/min，送粉率1-100g/min，送粉方式为喷管上游和下游2种送粉方式；送粉气体为氮气或空气。
进一步的，步骤四中，所述热处理工艺为：将所述轴瓦钢背放入热处理炉中，升温后保温，保温温度为80-250℃，保温时间为1-10小时；然后冷却至室温出炉。
进一步的，步骤三中，巴氏合金粉体以Sn基和Pb基巴氏合金锭为原料，通过真空熔炼和氮气雾化制粉获得。
进一步的，制得的巴氏合金涂层的厚度为0.1-3mm。
本发明一种轴瓦钢背巴氏合金涂层的修复方法，使用以上所述方法对轴瓦钢背进行合金涂层修复处理。
本发明的有益效果为：采用雾化粉体喂料通过冷喷涂获得成分均匀、晶粒及第二相细小弥撒分布且均匀致密的涂层组织结构，辅以挂锡层的设置和喷涂后热处理获得良好的界面结合特性；克服了传统的浇铸法、堆焊法及热喷涂法等技术中存在的组织均匀性差、热冲击、应力与开裂、氧化烧损的缺陷；提升轴瓦构件制备质量及水平，减少烧瓦频率，降低停机过临界振动，提高轴承传动单元的平稳性、准确性、可靠性及服役寿命；方法快速高效、绿色环保，可广泛用于轴瓦制造与修复，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1所示为本发明实施例中经过处理的轴瓦钢背横截面上巴氏合金涂层/挂锡层/钢背界面结构图。
图2所示为巴氏合金涂层横截面组织结构图。
图3所示为巴氏合金涂层的X射线衍射结果图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，包括如下步骤：
步骤一、轴瓦钢背去除氧化皮；
步骤二、所述轴瓦钢背进行挂锡处理；
步骤三、以Sn基和Pb基巴氏合金粉末为喂料，用冷喷涂方法在所述轴瓦钢背表面喷涂巴氏合金涂层；巴氏合金粉体采用粒径为10-70微米的巴氏合金粉末；
步骤四、将经过步骤三处理后的所述轴瓦钢背进行热处理，加强巴氏合金涂层在所述轴瓦钢背的表面附着。
步骤一中，所述轴瓦钢背去除氧化皮的方法为：经过喷砂或酸洗。
步骤二中，所述轴瓦钢背进行挂锡处理的方法为：将经过步骤一处理过的所述轴瓦钢背用水清洗，之后进行熔剂处理；采用的熔剂由氯化锌和氯化铵组成，熔剂配制成水溶液；所述轴瓦钢背经过熔剂处理后，放入300℃-350℃的熔锡中浸镀，浸镀时间1-3min；取出空冷至室温。
步骤三中，冷喷涂时，将所述轴瓦钢背工件固定在数控移动工作平台上，喷枪固定不动，所述移动工作平台以设定速度运动，通过扫描搭接制备巴氏合金涂层。
步骤三中，冷喷涂时将所述轴瓦钢背工件不动，通过机械手持喷枪扫描搭接制备巴氏合金涂层。
步骤三中，冷喷涂的技术参数为：喷涂距离5-50mm，喷涂气体压力0.5-2.8MPa，喷涂气体温度20-220℃，喷涂速度200-400mm/min，送粉率1-100g/min，送粉方式为喷管上游和下游2种送粉方式；送粉气体为氮气或空气。
步骤四中，所述热处理工艺为：将所述轴瓦钢背放入热处理炉中，升温后保温，保温温度为80-250℃，保温时间为1-10小时；然后冷却至室温出炉。
步骤三中，巴氏合金粉体以Sn基和Pb基巴氏合金锭为原料，通过真空熔炼和氮气雾化制粉获得。
制得的巴氏合金涂层的厚度为0.1-3mm。
实施例
涂层材料采用市场上出售的巴氏合金粉末，粉体粒度及主要成分为：粒径在20-40微米的巴氏合金粉，其主要成分为Sn，余量：3.5％≤Cu≤4.5％，7.5％≤Sb≤8.5％。
轴瓦钢背基体材料采用45号钢，喷涂前将基体进行酸洗去除氧化皮，然后用水清洗。之后进行熔剂处理，溶剂主要由氯化锌和氯化铵组成，熔剂配成较浓的水溶液(氯化锌及氯化铵组成比例为25：1，水溶液浓度为85％)；经熔剂处理的基体进入310℃的熔锡中浸镀，浸镀时间1min；然后取出空冷至室温。
喷涂时把基体工件固定在数控移动工作平台上，喷枪固定在工作平台的垂直正上方。喷涂时平台以一定的速度沿X轴方向移动，扫描形成一道涂层，一道扫描结束后平台沿着Y轴方向移动一个道次的宽度，再沿X轴以同样速度反向移动形成道次搭接，各道次反复搭接形成较大面积涂层；最后在上述挂锡层上冷喷涂生成厚度为0.5毫米的巴氏合金涂层。
具体的冷喷涂工艺参数为：喷涂加速气体和送粉气体均为氮气，喷涂温度50℃，喷涂压力为1.5MPa，喷涂距离20mm，送粉器转数0.3rpm/min，送粉方式为喷管上游送粉，工作平台移动速度为300mm/min。
对喷涂工件进行热处理，随炉升温至200℃，保温4小时，然后随炉冷却至室温取出。
制备喷涂工件横截面试样，采用扫描电镜观察和分析巴氏合金涂层的微观组织，横截面上喷涂层/挂锡层/钢背界面结构如图1所示，喷涂层横截面组织结构如图2所示，巴氏合金涂层的X射线衍射结果如图3所示。可以看出，挂锡工件上巴氏合金涂层的组织均匀致密，挂锡层与工件基体界面结合优良，特别是巴氏合金层与挂锡层的界面也结合优良。X射线衍射分析发现巴氏合金涂层保持了巴氏合金粉末的成分与结构，没有氧化夹杂产生；冷喷涂巴氏合金涂层的显微硬度为33.9HV，热处理后为23.4HV；冷喷涂巴氏合金涂层的平均结合强度为10.2MPa；热处理后结合强度上升到13.1MPa。在润滑条件下，冷喷涂巴氏合金涂层耐磨性能好，环块磨损率低而磨轮几乎没有磨损；涂层磨损表面出现犁沟，局部有平整的磨损碎屑产生，巴氏合金涂层的磨损方式为磨粒磨损和粘着磨损相结合。热处理后，摩擦系数和环块的磨损量较热处理前均有所降低，犁沟数量减少，涂层的磨损方式为磨粒磨损为主，兼有少量的粘着磨损的特征，涂层耐磨性较热处理前有了较大提高。
本发明的有益效果为：采用雾化粉体喂料通过冷喷涂获得成分均匀、晶粒及第二相细小弥撒分布且均匀致密的涂层组织结构，辅以挂锡层的设置和喷涂后热处理获得良好的界面结合特性；克服了传统的浇铸法、堆焊法及热喷涂法等技术中存在的组织均匀性差、热冲击、应力与开裂、氧化烧损的缺陷；提升轴瓦构件制备质量及水平，减少烧瓦频率，降低停机过临界振动，提高轴承传动单元的平稳性、准确性、可靠性及服役寿命；方法快速高效、绿色环保，可广泛用于轴瓦制造与修复，具有良好的经济效益和社会效益。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (10)

1.一种轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、轴瓦钢背去除氧化皮；
步骤二、所述轴瓦钢背进行挂锡处理；
步骤三、以Sn基和Pb基巴氏合金粉末为喂料，用冷喷涂方法在所述轴瓦钢背表面喷涂巴氏合金涂层；巴氏合金粉体采用粒径为10-70微米的巴氏合金粉末；
步骤四、将经过步骤三处理后的所述轴瓦钢背进行热处理，加强巴氏合金涂层在所述轴瓦钢背的表面附着。
2.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤一中，所述轴瓦钢背去除氧化皮的方法为：经过喷砂或酸洗。
3.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤二中，所述轴瓦钢背进行挂锡处理的方法为：将经过步骤一处理过的所述轴瓦钢背用水清洗，之后进行熔剂处理；采用的熔剂由氯化锌和氯化铵组成，熔剂配制成水溶液；所述轴瓦钢背经过熔剂处理后，放入300℃-350℃的熔锡中浸镀，浸镀时间1-3min；取出空冷至室温。
4.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤三中，冷喷涂时，将所述轴瓦钢背工件固定在数控移动工作平台上，喷枪固定不动，所述移动工作平台以设定速度运动，通过扫描搭接制备巴氏合金涂层。
5.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤三中，冷喷涂时，所述轴瓦钢背工件不动，通过机械手持喷枪扫描搭接制备巴氏合金涂层。
6.如权利要求1-5任一项所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤三中，冷喷涂的技术参数为：喷涂距离5-50mm，喷涂气体压力0.5-2.8MPa，喷涂气体温度20-220℃，喷涂速度200-400mm/min，送粉率1-100g/min，送粉方式为喷管上游和下游2种送粉方式；送粉气体为氮气或空气。
7.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤四中，所述热处理工艺为：将所述轴瓦钢背放入热处理炉中，升温后保温，保温温度为80-250℃，保温时间为1-10小时；然后冷却至室温出炉。
8.如权利要求1所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，步骤三中，巴氏合金粉体以Sn基和Pb基巴氏合金锭为原料，通过真空熔炼和氮气雾化制粉获得。
9.如权利要求6所述的轴瓦钢背喷涂巴氏合金涂层的方法，其特征在于，制得的巴氏合金涂层的厚度为0.1-3mm。
10.一种轴瓦钢背巴氏合金涂层的修复方法，其特征在于，使用如权利要求1-5、7-9任一项所述方法对轴瓦钢背进行合金涂层修复处理。
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