CN107457475A - 金属表面耐磨涂层的涂覆装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置及方法。一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,包括两个相对设置且相对转动的圆盘状电极,电极的供电系统,在两个所述圆盘状电极之间设置有金属板基体,在金属板基体设有耐磨粉末涂层,在耐磨粉末涂层覆盖有一层金属箔,金属板基体、耐磨粉末涂层、金属箔组成的焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,在两个圆盘状电极与焊件接触部位的一侧设有冷水喷淋管。一种金属表面耐磨涂层的涂覆方法,包括如下步骤:金属板基体表面预处理;涂层粉末的铺覆;电阻缝焊焊接;将高熔点金属箔撕下去除后,基体表面制备出一层耐磨涂层。本发明的涂层与基体无明显界面,结合强度高。
Description
技术领域
本发明涉及金属表面涂层的工艺技术领域,具体的说,是涉及一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,同时涉及采用这种涂覆装置在金属表面涂覆耐磨涂层的方法。
背景技术
目前,金属表面制备耐磨涂层的方法主要有电沉积、气相沉积法等离子喷涂法和激光熔覆等。电沉积法最显著的特点是可用于低温环境中,但由于该方法会产生化学污染且沉积速率不高,导致其在实际应用中较少。气相沉积法可以精确地控制材料的组成、结构及其形态且气相中的组分与基材表面反应可很好地提高其结合强度,但是涂层比较薄,在长时间高载荷工作下容易磨损失效;激光熔覆技术可以获得足够工程厚度的涂层,但是对金属热影响大导致基体容易产生变形或组织变化,且熔覆后对陶瓷的稀释率大,耐磨性降低,同时精加工难度大从而造成其成本过高。等离子喷涂法是比较常用的制备涂层的方法,将原料粉末送入等离子射流中,在熔融或半熔融状态下喷涂在衬底上形成多层喷涂层,通过改变原料粉的组合或控制合理的工艺参数,调整成分而得到梯度涂层。目前,国内外很多著名的研究单位和汽车企业,如美国的山迪亚国家实验室、通用汽车公司、大众汽车、日本丰田汽车公司、中国的矿冶研究总院、西安交通大学等在此方面进行了大量研究且取得了积极的成果,已经逐渐将该梯度涂层制备技术应用在提高发动机金属件的性能上。等离子喷涂法可以方便的控制粉末成分组成,沉积效率高,无需烧结,可制备大尺寸涂层。但是受喷涂材料及工艺成熟度等条件的影响,存在涂层与基体及层间的结合强度低,涂层均匀性差,涂层孔隙较多等缺点,在一定程度上限制了它的应用。
电阻缝焊是通过将被焊工件置于两个盘状电极之间,电极加压工件并转动,连续或断续送电,从而使被焊工件之间的接触表面产生热量,温度升高,局部熔化接触点后形成一条连续或断续焊缝的方法。电阻缝焊过程的热影响区小,基本不会引起被焊材料的变形及组织改变,同时焊接界面强度高,焊接设备操作简单,焊接效率高,已在航空航天、电子和汽车等生产中大量使用。与上述其他制备方法相比,该方法具有对基体热影响小,涂层厚度从几十微米到几个毫米可调,涂层与基体无明显界面,结合强度高,且生产效率高,成本低,设备简单易行等特点。
发明内容
本发明在于适应现实需要,设计一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,同时公开了采用这种装置第金属表面耐磨涂层进行涂覆的方法。
为了实现本发明的目的,本发明采用如下技术方案:
一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,包括两个相对设置且相对转动的圆盘状电极,电极的供电系统,在两个所述圆盘状电极之间设置有金属板基体,在金属板基体设有耐磨粉末涂层,在所述耐磨粉末涂层覆盖有一层金属箔,所述金属板基体、耐磨粉末涂层、金属箔组成的焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,在所述两个圆盘状电极与焊件接触部位的一侧设有冷水喷淋管。
所述金属板基体为金属、钛合金或不锈钢板,板厚为2~20mm。
所述耐磨涂层粉末为金属或陶瓷粉末,铺覆层厚度为100~2000μm。
一种金属表面耐磨涂层的涂覆方法,包括如下步骤:
a.金属板基体表面预处理
将金属板表面打磨,去除表面氧化物;
b.涂层粉末的铺覆
将金属或陶瓷粉末或其一定比例的混合物以一定厚度铺覆于金属板基体表面,且在粉末层表面再铺覆一层高熔点金属箔,作为焊接试样;
c. 电阻缝焊焊接
将经过步骤b处理的焊接试样送入电阻缝焊设备的两个圆盘状电极之间,启动电源,打开冷却水对所述两个圆盘状电极与焊件接触部位进行冷却降温,控制一定的焊接速度、焊接电流,焊接压力,将步骤b中准备好的焊接试样放置于电阻缝焊设备中的两个电极中间,焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,耐磨粉末涂层被焊接在金属板基体表面;
d. 后处理
将高熔点金属箔撕下去除后,基体表面制备出一层耐磨涂层。
所述金属板基体为金属、钛合金或不锈钢板,板厚为2~20mm。
所述金属或陶瓷粉末包括高碳钢粉末,不锈钢粉末,陶瓷粉末包括碳化物,氧化物等;粉末粒度为5~100μm, 铺覆层厚度为100~2000μm.
所述电阻缝焊焊接步骤中,电阻缝焊参数包括:电流:2.0~10kA,焊接速度:0.01~0.1m/s, 焊接压力:98N~980N,电极宽度:1~20mm。
本发明的有益效果在于:
本发明避免了耐磨涂层与基体结合力差,且具有对基体热影响小,涂层厚度从几十微米到几个毫米可调,涂层与基体无明显界面,结合强度高,且生产效率高,成本低,设备简单易行等特点。
附图说明
图1为本发明金属表面耐磨涂层涂覆装置的结构示意图;
图2为实施例一中铝合金表面铁/陶瓷单层涂层扫描电镜照片;
图3为实施例二中钛合金表面铁/陶瓷单层涂层EDS面扫描照片。
图中:1为金属板基体,2为耐磨粉末涂层,3为金属箔,4为圆盘状电极,5为供电系统,6为冷水喷淋管。
具体实施方式
下面结合附图1——3和实施例对本发明进一步说明:
实施例一:参见图1、2。
本发明公开了一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,包括两个相对设置且相对转动的圆盘状电极4,电极的供电系统5,在两个所述圆盘状电极4之间设置有金属板基体1,在金属板基体1设有耐磨粉末涂层2,在所述耐磨粉末涂层2覆盖有一层金属箔,所述金属板基体1、耐磨粉末涂层2、金属箔3组成的焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,在所述两个圆盘状电极4与焊件接触部位的一侧设有冷水喷淋管。
所述金属板基体1为金属、钛合金或不锈钢板,板厚为2~20mm。
所述耐磨涂层粉末为金属或陶瓷粉末,铺覆层厚度为100~2000μm。
同时,本发明还公开了一种金属表面耐磨涂层的涂覆方法,包括如下步骤:
a.金属板基体表面预处理
将金属板1表面用不同型号的砂纸打磨,去除表面氧化物;
b.涂层粉末的铺覆
将金属或陶瓷粉末或其一定比例的混合物以一定厚度铺覆于金属板基体表面,且在粉末层表面再铺覆一层高熔点金属箔3,作为焊接试样;
本实施例中,Al6061铝合金作为金属板基体,采用粒度为60-90μm的SHA粉末,及粒度为50~75μm的碳化钨混合粉末。铺覆于Al6061表面,铺覆厚度为0.8mm,同时为保护电阻缝焊设备的电极,SHA粉末层表面再铺覆一层SUS304金属箔,将Al6061,混合涂层粉末层和SUS304金属箔整体作为一个焊接试样。
SHA:WC(Wt%)=3:7,SHA为一种高碳钢粉末,其化学成分如表一所示,
表 1 SHA 粉末成分(mass%)
元素 | Fe | Cr | C | Mo | Ni | Si |
SHA | Bal. | 9.84 | 4.99 | 4.92 | 4.83 | 0.99 |
c.电阻缝焊焊接
将经过步骤b处理的焊接试样送入电阻缝焊设备的两个圆盘状电极之间,启动电源,打开冷却水对所述两个圆盘状电极4与焊件接触部位进行冷却降温,控制一定的焊接速度、焊接电流,焊接压力,将步骤b中准备好的焊接试样放置于电阻缝焊设备中的两个电极中间,焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,耐磨粉末涂层2被焊接在金属板基体1表面;
d.后处理
将高熔点金属箔(即SUS304)撕下去除后,基体表面制备出一层耐磨的铁/碳化钨混合涂层。
本实施例得到的铝合金表面铁/碳化钨耐磨涂层的形貌图如图2所示,a为涂层整体; b 为涂层上部;c为涂层中部;d为涂层下部。
从涂层可以看出,铁基颗粒和陶瓷颗粒并未发生融化,Al6061表面发生熔化后渗透铁基合金及碳化钨混合颗粒的所有间隙中,凝固后形成厚为800μm左右的铁/碳化钨涂层; Al6061基体与涂层的宏观结合性良好,界面无明显缺陷;其耐磨性比铝基体提高了大约60倍。
所述金属板基体1也可以选择金属、钛合金或不锈钢板或其他合金板,板厚为2~20mm。
作为耐磨涂层的选材,所述金属或陶瓷粉末包括高碳钢粉末,不锈钢粉末,陶瓷粉末包括碳化物,氧化物等;粉末粒度为5~100μm, 铺覆层厚度为100~2000μm。
所述电阻缝焊焊接步骤中,电阻缝焊参数包括:电流:2.0~10kA,焊接速度:0.01~0.1m/s, 焊接压力:98N~980N,电极宽度:1~20mm。
实施例二:参见图3。
本实施例与实施例一的相同之处不赘述,不同之处在于,本实施例中,选用纯Ti(TP340C)作为金属板基体1,其厚度为2mm、宽30mm和长150mm;
选用粒度为60-90μm的SHA粉末及粒度为1.5μm的碳化钨混合粉末铺覆于TP340C表面,铺覆厚度为0.8mm,SHA:WC (wt%)=1:4。
经本实施例的方法,制成一种以TP340C为金属板基体,带有一层耐磨的钛基/碳化钨涂层。
如图3所示,钛合金表面能成功制备铁/碳化钨复合涂层,涂层厚度大约600μm左右,且可以观察到铁基金属发生熔化与陶瓷颗粒结合,而钛合金表面几乎不发生熔化,但与涂层间有相互扩散作用,使基体与涂层的结合性良好,该涂层的耐磨性比基体增加了大约25倍左右。图3为电阻缝焊法制备钛合金表面铁基陶瓷单层涂层EDS面扫描照片,从图片可以看出有少量钛元素从基体中扩散入涂层中,基体与涂层界面结合良好。
上述通过附图所描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制;对于本领域的技术人员而言,可以在不脱离本发明的原理和精神下对本实施例进行变型和参数置换,本发明的范围由所附权利要求及其等同确定。
Claims (7)
1.一种金属表面耐磨涂层的涂覆装置,包括两个相对设置且相对转动的圆盘状电极(4),电极的供电系统(5),其特征在于:在两个所述圆盘状电极(4)之间设置有金属板基体(1),在金属板基体(1)设有耐磨粉末涂层(2),在所述耐磨粉末涂层(2)覆盖有一层金属箔,所述金属板基体(1)、耐磨粉末涂层(2)、金属箔(3)组成的焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,在所述两个圆盘状电极(4)与焊件接触部位的一侧设有冷水喷淋管。
2.根据权利要求1所述的金属表面耐磨涂层的涂覆装置,其特征在于:所述金属板基体(1)为金属、钛合金或不锈钢板,板厚为2~20mm。
3.根据权利要求1所述的金属表面耐磨涂层的涂覆装置,其特征在于:所述耐磨涂层粉末为金属或陶瓷粉末,铺覆层厚度为100~2000μm。
4.一种金属表面耐磨涂层的涂覆方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.金属板基体表面预处理
将金属板(1)表面打磨,去除表面氧化物;
b.涂层粉末的铺覆
将金属或陶瓷粉末或其一定比例的混合物以一定厚度铺覆于金属板基体表面,且在粉末层表面再铺覆一层高熔点金属箔(3),作为焊接试样;
c.电阻缝焊焊接
将经过步骤b处理的焊接试样送入电阻缝焊设备的两个圆盘状电极之间,启动电源,打开冷却水对所述两个圆盘状电极(4)与焊件接触部位进行冷却降温,控制一定的焊接速度、焊接电流,焊接压力,将步骤b中准备好的焊接试样放置于电阻缝焊设备中的两个电极中间,焊件经由圆盘状电极挤压加压且由电极转动带动其水平移动,耐磨粉末涂层(2)被焊接在金属板基体(1)表面;
d.后处理
将高熔点金属箔撕下去除后,基体表面制备出一层耐磨涂层。
5.根据权利要求4所述的金属表面耐磨涂层的涂覆方法,其特征在于:所述金属板基体(1)为金属、钛合金或不锈钢板,板厚为2~20mm。
6.根据权利要求4所述的金属表面耐磨涂层的涂覆方法,其特征在于:所述金属或陶瓷粉末包括高碳钢粉末,不锈钢粉末,陶瓷粉末包括碳化物,氧化物等;粉末粒度为5~100μm,铺覆层厚度为100~2000μm。
7.根据权利要求4所述的金属表面耐磨涂层的涂覆方法,其特征在于:所述电阻缝焊焊接步骤中,电阻缝焊参数包括:电流:2.0~10kA,焊接速度:0.01~0.1m/s, 焊接压力:98N~980N,电极宽度:1~20mm。
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