CN107541695A - 一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法。本发明对浮动夹钳工作面用棕刚玉进行喷砂粗化处理，采用超音速火焰喷涂工艺在浮动夹钳工作面基体表面喷涂金属陶瓷粉末，制备出防滑耐磨涂层，将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。本发明克服了过去燕尾槽结构存在的缺陷。本发明采用金属陶瓷作为喷涂材料，喷涂材料可以直接购买商用粉末，涂层质量更高，使用寿命更长，喷涂效率高，成本低，且喷涂过程对浮动夹钳基体热影响小，不会改变基体本身的组织与形状。

Description

一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及工程与材料科学，特别涉及一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法。

背景技术

我国数控机床业发展迅速，但大部分产品与国外先进数控加工设备相比仍然存在着明显的差距，在中高档和大型数控机床的研究开发方面的差距更加明显，70％以上的功能部件依赖进口。机床制造业作为我国的基础性行业，影响范围广，影响力大，从某种程度上决定着我国的国际竞争力，大力振兴装备制造业已成为全社会的共识。

车床夹钳虽然结构并不复杂，但数控车床效率高，夹钳的磨损在所难免，影响机床的精度和无故障工作时间，在设计时应当考虑到适当选取夹钳材料和加工工艺，延长其连续工作时间。同时传统的浮动式或固定式夹钳通常采用燕尾槽结构，以增加夹钳子与板材的摩擦阻力。传统燕尾槽结构，在夹持力小时，板料相对于夹钳会发生位移；在夹持力大时，会出现板料在夹持过程中出现局部变形等问题，影响生产过程及最终产品质量。

表面涂覆涂层是提高材料防滑耐磨性能中最有效、最常用的一种方法。超音速火焰技术制备的涂层性能优异，寿命长，且热效率高、经济安全。因此采用硬质涂层代替燕尾槽等设计可有效避免上述问题的产生，延长夹钳的更换周期，改善产品质量，提高生产效率。

CN 104357793 B公开了一种耐腐蚀防滑涂层制备方法及涂层结构，首先采用超音速喷涂镍铬铝涂层制作底层，所述底层的孔隙率小于0.5％；采用镍铬铝、氧化锆制备面层，其中，将氧化锆粉末在不同粒度范围内镀镍；再将包覆有金属镍层的不同粒度段的氧化锆粉末按特定比例混合；将混合后的氧化锆粉末与镍铬铝混合后进行等离子喷涂处理，制备得到所述耐腐蚀防滑涂层。

CN 103571322 B公开了一种防滑涂层材料及其制备、涂覆方法，该发明涉及用于乙烯基地板的防滑涂层材料，所述防滑涂层材料采用PMU聚甲基脲作为防滑剂。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述缺陷，研制一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，对浮动夹钳工作面用丙酮进行超声清洗处理，去除油污锈渍杂质，然后进行干燥；其主要技术特征在于步骤如下：

(1)对浮动夹钳工作面用棕刚玉进行喷砂粗化处理；

(2)采用超音速火焰喷涂工艺在浮动夹钳工作面基体表面喷涂金属陶瓷粉末，制备出防滑耐磨涂层；

(3)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。

所述步骤(1)中浮动夹钳可以是钢质或其他复合材料基体制成的。

所述步骤(1)中浮动夹钳表面粗糙度要求不低于Ra 7.0。

所述步骤(2)中根据所选粉末选取合适的喷涂参数。

所述步骤(3)中涂层的硬度可达1000-1500HV_0.1。

所述步骤(2)中的浮动夹钳防滑耐磨涂层厚度可根据需求多次实施喷涂获得，一般为200-300μm。

所述步骤(2)中的浮动夹钳防滑耐磨涂层仅在夹钳工作面上进行喷涂。

本发明的优点和效果在于：

第一，本专利提出一种浮动夹钳防滑涂层的新方法，应用该方法可延长夹钳的更换周期，降低使用维护成本，并改善产品质量。

第二，金属陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、硬度高和化学稳定性好的特性，超音速火焰喷涂工艺，粉末熔化温度高，雾化充分，粉末沉积速度快，喷涂层均匀致密，涂层质量稳定，对工件的热应力没有影响。超音速火焰喷涂层初期制备成本要高于有机涂层，但对于要求长使用寿命的结构，超音速火焰喷涂层的维护成本更低，在这方面可能会弥补较高的初期制备成本。

第三，超音速火焰喷涂工艺简单可行，生产效率高，自动化程度高，超音速火焰喷涂(High velocity oxy-fuel，简称HVOF)是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或航空煤油、酒精等液体燃料与高压氧气在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧产生高温高压焰流，其温度可达3200℃，速度高达1500m/s以上。将粉末沿轴向或径向送进火焰中，产生熔化或半熔化的粒子，其高速撞击在基体表面上沉积形成涂层。由于喷涂颗粒以超音速飞行而撞击到基体表面，所以喷涂涂层的结合强度、密度和硬度都非常高，涂层硬度远远高于基体硬度。喷涂效率高，操作灵活、适合大面积喷涂、易于现场施工等特 点。同时，利用该方法可以修复因磨损失效的浮动夹钳，实现工件多次循环使用，符合可持续发展战略。因此具有强大的市场经济效益。

相比于专利CN 104357793 B中涉及的一种耐腐蚀防滑涂层制备方法及涂层结构，本发明所涉及的喷涂工艺更为简单可靠，喷涂效率高，成本低，且喷涂过程对浮动夹钳基体热影响小，不会改变基体本身的组织与形状。

相比于专利CN 103571322 B公开的一种防滑涂层材料及其制备、涂覆方法，在该发明中采用PMU聚甲基脲作为防滑剂，材料配比复杂，本发明采用金属陶瓷作为喷涂材料，喷涂材料可以直接购买商用粉末，涂层质量更高，使用寿命更长。

本发明在对同类产品详细分析的基础上提出实现超硬夹钳涂层的新工艺——利用超音速火焰喷涂技术制备浮动夹钳硬质合金涂层，结合粒子在线监测技术提高涂层的摩擦系数和耐磨性。新型夹钳耐磨涂层具有结合强度高，耐磨性好，摩擦阻力大，接触面均匀等诸多优点，能够大幅降低夹钳表面的磨损失效，防止被加工件变形。

本发明在对同类产品详细分析的基础上提出实现超硬夹钳涂层的新工艺——利用超音速火焰喷涂技术制备浮动夹钳硬质合金涂层，结合粒子在线监测技术提高涂层的摩擦系数和耐磨性。新型夹钳耐磨涂层具有结合强度高，耐磨性好，摩擦阻力大，接触面均匀等诸多优点，能够大幅降低夹钳表面的磨损失效，防止被加工件变形。

本发明还涉及制备和涂覆所述防滑涂层材料的方法，利用所述防滑涂层材料得到的防滑涂层，其具有涂层厚度薄，防滑性能好的优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，所描述的实施例仅例示性说明本发明的原理与方法，而非用于限制本发明。基于本发明的实施例，本技术领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下对本发明的一些技术特征做出的替换和变形，都 属于本发明保护的范围。

以下结合具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

本发明的技术思路是：

本发明针对目前国内缺少相关专利技术，现有方法加工工艺复杂、生产效率低，夹钳对产品影响大，本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种强化浮动夹钳工作面的超音速火焰喷涂防滑耐磨涂层的制备方法，通过超音速火焰喷涂工艺在浮动夹钳工作面基体表面制备防护涂层，获得具有高硬度、耐磨损、防滑的浮动夹钳工作面防护涂层，延长夹钳的更换周期，降低使用维护成本，并改善产品质量。

下面具体和详细说明本发明。

(1)对浮动夹钳工作面用16-20目棕刚玉进行喷砂粗化处理，喷砂压力的0.45MPa，喷砂角度为45°，喷砂后的浮动夹钳表面粗糙度要求不低于Ra 7.0，用于激活基体表面，提高涂层与基体的结合强度；

(2)采用超音速火焰喷涂工艺在浮动夹钳工作面基体表面喷涂金属陶瓷粉末，制备出防滑耐磨涂层，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，结合实际喷涂经验将O₂流量定为55m³/h，煤油为23L/h，喷涂次数为6次，得到的涂层厚度约为200μm；

(3)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却，防止骤冷导致涂层开裂。

本发明采用的金属陶瓷粉末主要为WC基陶瓷粉末，在WC基中加入其他相，或者改变颗粒大小，利用超音速火焰喷涂技术，制备一种超硬的防滑耐磨涂层：

对于防滑涂层可以采用：金属陶瓷粉末可以采用10Co4CrWC粉末。

对于防滑涂层可以采用：金属陶瓷粉末可以采用WC-12Co粉末。

对于防滑涂层可以采用：金属陶瓷粉末可以采用WC-17Co粉末。

对于防滑涂层可以采用：金属陶瓷粉末可以采用亚微米与纳米粒径混合的WC-12Co粉末。

对于金属陶瓷粉末可以采用：金属陶瓷粉末可以采用WC-NiCrBSi混合粉末。

本发明所涉及的粉末原料、仪器、设备等均可从市场购得，或通过常规方法制备得到。上述粉末仅作为示例，但不作为对本发明的限定。

下面由实施例来具体说明本发明所有过程步骤和细节。

实施例1：

1.用丙酮对浮动夹钳表面进行超声清洗以去除油污锈渍等杂质，清洗完成后立刻烘干以防止生锈。

2.用粒度为20目的棕刚玉对待喷涂的浮动夹钳表面进行喷砂粗化处理以提高涂层与基体间的结合强度，要求粗化后表粗糙度大于Ra 7.0。

3.选用粒径为15-45μm的10Co4CrWC粉末，喷涂前将粉末置于100℃烘箱中烘干2小时。

4.在浮动夹钳基体表面上采用超音速火焰喷涂涂层，喷涂时空气压力固定在0.6MPa，O₂流量为55m³/h，煤油为23L/h，送粉率为90g/min，喷涂距离为33cm。喷涂过程中对非喷涂面采用铝箔纸保护。

5.喷涂完成后立刻采用石棉包裹住工件置于空气中自然冷却，防止因急冷导致涂层开裂或剥落。

经测试，本发明实施例1中10Co4CrWC涂层的硬度分布均匀，HV_0.1维氏硬度可达到1300，远高于浮动夹钳基体材料的硬度。

将制备得到的10Co4CrWC涂层抛光后经扫描电镜观察其截面形貌，结果如图1所示，其中，A为涂层横截面在扫描电镜下放大150倍的照片，B为涂层横截面在扫描电镜下放大5000倍的照片，由此可见，涂层组织致密，WC颗粒均匀的分布在Co粘结剂中，孔隙率为1％。对喷涂得到的10Co4CrWC涂层通过XRD分析其相成分，结果如图2所示，涂层主要由WC硬质相和Co相构成，涂层在喷涂过程中几乎未发生分解。涂层的干摩擦系数如图3所示，采用SiN对磨球，在载荷10N，频率4Hz，干磨3小时的条件下，涂层的摩擦系数稳定在0.7上下，具有良好的防滑性能，磨痕深度不足3μm，如图4所示，说明涂层具有较好的耐磨性。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3中选用粒径为30-70μm的WC-12Co粉末；在步骤4中，在浮动夹钳基体表面上喷涂时空气压力固定在0.6MPa，O₂流量为55m³/h，煤油为23L/h，送粉率为120g/min，喷涂距离为35cm。

在浮动夹钳表面制备出厚度约为240μm，硬度约为1100HV0.1的防滑耐磨的WC-12Co陶瓷涂层。摩擦系数较高，耐磨性较好，涂层孔隙率约为2％。

实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3中选用亚微米与纳米粒径以7∶3以混合的WC-12Co粉末；在步骤4中，喷涂时空气压力固定在0.75MPa，O₂流量为50m³/h， 煤油为22L/h，送粉率为100g/min，采用8寸喷枪，喷涂距离为30cm。

在浮动夹钳表面制备出厚度约为240μm，硬度约为1300HV0.1的防滑耐磨的WC-12Co陶瓷涂层，这种方法制备的涂层孔隙率低，约为1％，摩擦系数较高，耐磨性较好。

实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤3中选用粒径为30-70μm的WC-17Co粉末；在步骤4中，在浮动夹钳基体表面上喷涂时空气压力固定在0.6MPa，O₂流量为55m³/h，煤油为23L/h，送粉率为120g/min，喷涂距离为35cm。

在浮动夹钳表面制备出厚度约为250-300μm，硬度约为1100HV0.1的防滑耐磨的WC-12Co陶瓷涂层。摩擦系数较高，耐磨性较好，涂层孔隙率约为2％。

Claims (7)

1.一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，对浮动夹钳工作面用丙酮进行超声清洗处理，去除油污锈渍杂质，然后进行干燥；其特征在于步骤如下：

(1)对浮动夹钳工作面进行粗化处理；

(2)采用超音速火焰喷涂工艺在浮动夹钳工作面基体表面喷涂金属陶瓷粉末，制备出防滑耐磨涂层；

(3)将喷涂好的工件采用石棉包覆，置于空气中自然冷却。

2.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中浮动夹钳可以是钢质或其他复合材料基体制成的。

3.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中粗化后的浮动夹钳表面粗糙度不低于Ra 7.0。

4.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中根据所选粉末选取合适的喷涂参数。

5.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中涂层的硬度可达1000-1500HV_0.1。

6.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的浮动夹钳防滑耐磨涂层厚度可根据需求多次实施喷涂获得。

7.根据权利要求1所述的一种浮动夹钳防滑涂层的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的浮动夹钳防滑耐磨涂层仅在夹钳工作面上进行喷涂。