CN107829088A - 一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法 - Google Patents

一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法 Download PDF

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徐梦廓
王祥志
江炜
黄志荣
郭魂
肖华星
孟飞
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Abstract

本发明公开了一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其制备过程包括以下步骤：把金属基体接入脉冲电源阴极，将硬质合金电极接入脉冲电源阳极，电极沿基体平面X或Y方向做平面进给运动，利用电火花沉积技术将电极材料沉积在金属基体表面，形成电火花强化层；利用粘结剂将金属粉末粘接并涂覆于电火花强化层表面，然后利用感应熔覆技术将其加热并熔融，此时黏结剂受热蒸发，剩下金属粉末制备为与强化层和基体呈冶金结合的感应熔覆强化层。所制备的涂层具有耐磨抗蚀的功能，可达到延长机械零件使用寿命的目的。利用上述方法获得的强化层为复合强化涂层，所使用的设备为电火花沉积机构和感应熔覆机构数。

Description

一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法
技术领域
本发明涉及一种复合涂层制备技术，具体为一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，属于材料表面强化涂层制备技术。
背景技术
在冶金、航空、石油化工等制造领域，许多机器中个别关键零部件表面的磨损和腐蚀是导致整个机器失效的主要形式。当前解决方法之一是在金属零件表面制备一层耐磨防蚀的强化涂层以提高其性能。
利用电火花沉积技术可以在金属基体表面制备一层硬质合金涂层，但是厚度较薄(约0.02-0.05mm)，连续性也较差，使得后期机加工困难，这都使得强化层较难达到预期效果；而利用感应熔覆技术可以制备一层较厚的涂层(最高可厚达1mm)，但是涂层质量相对电火花强化层又较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：将电火花沉积技术与感应熔覆技术现结合，可以制备出连续性较好，同时相对金属基体又有较好耐磨防蚀性能的表面强化涂层，已达到强化关键零部件表面质量，延长其使用寿命的目的。
本发明的技术方案如下：
一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，所述复合强化涂层包括金属基体、电火花沉积层和感应熔覆层，其制备过程包括以下步骤：
步骤1：把金属基体接入脉冲电源阴极，将硬质合金电极接入脉冲电源阳极，电极沿基体平面X或Y方向做平面进给运动，利用电火花沉积技术将电极材料沉积在金属基体表面，形成电火花强化层；
步骤2：利用粘结剂将金属粉末粘接并涂覆于电火花强化层表面，然后利用感应熔覆技术将其加热并熔融，此时黏结剂受热蒸发，剩下金属粉末制备为与强化层和基体呈冶金结合的感应熔覆强化层。
进一步，所述步骤1)中的强化层材料为碳化钨和碳化钛类硬质合金材料。
进一步，所述步骤2)中的粘接剂的溶质为醋酸纤维素、聚乙烯醇和水玻璃中的任意一种或几种；溶液为丙酮和去离子水中的任意一种或几种。
进一步，所述步骤2)中的金属粉末为铁基和镍基合金粉末的一种或两种。
进一步，所述步骤2)中的粘结剂分别占金属粉末质量比的5％，10％，15％，20％。
进一步，所述步骤2)中利用毛刷将混合而成的糊状金属粉末涂覆于金属基体表面形成预涂覆层；预涂覆层形成后，先加热干燥或置于空气中风干。
本发明的有益效果是：本发明所制备的表面复合涂层，可强化金属基体的表面质量，延长其使用寿命。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细说明。
本发明是一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其中的复合强化涂层包括金属基体、电火花沉积层和感应熔覆层。该方法的制备过程包括以下步骤：
1)把金属基体接入脉冲电源阴极，将硬质合金电极接入脉冲电源阳极，电极沿基体平面X或Y方向做平面进给运动，利用电火花沉积技术将电极材料沉积在金属基体表面，形成电火花强化层；
2)利用粘结剂将金属粉末粘接并涂覆于电火花强化层表面，然后利用感应熔覆技术将其加热并熔融，此时黏结剂会受热蒸发，剩下金属粉末能制备为与强化层和基体呈冶金结合的感应熔覆强化层；
作为本发明的优选实施方式：步骤1)中的强化层材料为碳化钨和碳化钛类硬质合金材料；步骤2)中的粘接剂的溶质为醋酸纤维素、聚乙烯醇和水玻璃中的任意一种或几种；溶液为丙酮和去离子水中的任意一种或几种。；步骤2)中的金属粉末为铁基和镍基合金粉末的一种或两种；步骤2)中的粘结剂分别占金属粉末质量比的5％，10％，15％，20％；步骤2)中利用毛刷将混合而成的糊状金属粉末涂覆于金属基体表面形成预涂覆层；预涂覆层形成后，需先加热干燥或置于空气中风干。
实施例1
一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，包括以下步骤：
1)对金属基体的进行括除锈、喷砂等使表面得以净化的预处理工作，其中金属基体为45钢；
2)在金属基体表面进行电火花表面沉积，以获得电火花强化层，强化层材料为YG8硬质合金。
3)采用机械混合的方法将合金粉末与粘结剂充分搅拌制备成的糊状浆料：将约30克醋酸纤维素和约250ml丙酮搅拌混溶，得到粘结剂浆料，粘度为300-500mPa·s；粉末材料分别采用WC硬质合金粉末(粒径为20-40μm)与镍基合金粉末(粒径为15-45μm，元素含量为0.6～1.0wt.％C、14～17wt.％Cr、2.5～4.5wt.％B、3～4.5wt.％Si、15wt.％Fe、60wt.％Ni)；混合比例为WC硬质合金粉末占总重量比的20-40％，镍基合金粉末占总重量比的60-80％。将按粘结剂占质量比的5％混合好的合金粉末形成糊状浆料待用；
4)将以上制备方法制备而成的糊状浆料预制在电火花强化层表面：用毛刷将其涂刷于电火花强化层表面上，刷涂厚度约为0.2～0.5mm，然后将其置于干燥炉内快速烘干形成预制涂层，然后在预制涂层上缠绕保温石棉布将其覆盖；
5)感应熔覆预涂层：将有预制涂层的试样放入感应线圈内，利用电磁感应的原理，将感应电流作用于金属基体表面将其加热，预制涂层在快速的升温过程中发生与金属基体表面的熔融与扩散，然后快速凝固，最终在金属基体表面形成均匀的白亮强化涂层，感应熔覆装置为高频感应炉，本实施例强化的工艺参数为：振荡电流1200A；振荡频率100KHz；实验时间24～40S；线圈为4匝；试样与线圈间距离1-2.5mm。经感应熔覆形成涂层后，而涂层的平均硬度可以达到800HV以上。
实施例2
一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，包括以下步骤：
1)对金属基体的进行括除锈、喷砂等使表面得以净化的预处理工作，其中金属基体为45钢；
2)在金属基体表面进行电火花表面沉积，以获得电火花强化层，强化层材料为YG8硬质合金。
3)采用机械混合的方法将合金粉末与粘结剂充分搅拌制备成的糊状浆料：将约40克聚乙烯醇与约100ml去离子水搅拌混溶，得到粘结剂浆料，粘度为300-500mPa·s；粉末材料分别采用WC硬质合金粉末(粒径为20-40μm)与镍基合金粉末(粒径为15-45μm，元素含量为0.6～1.0wt.％C、14～17wt.％Cr、2.5～4.5wt.％B、3～4.5wt.％Si、15wt.％Fe、60wt.％Ni)；混合比例为WC硬质合金粉末占总重量比的20-40％，镍基合金粉末占总重量比的60-80％。将按粘结剂占质量比的10％混合好的合金粉末形成糊状浆料待用；
4)将以上制备方法制备而成的糊状浆料预制在电火花强化层表面：用毛刷将其涂刷于电火花强化层表面上，刷涂厚度约为0.2～0.5mm，然后将其置于干燥炉内快速烘干形成预制涂层，然后在预制涂层上缠绕保温石棉布将其覆盖；
5)感应熔覆预涂层：将有预制涂层的试样放入感应线圈内，利用电磁感应的原理，将感应电流作用于金属基体表面将其加热，预制涂层在快速的升温过程中发生与金属基体表面的熔融与扩散，然后快速凝固，最终在金属基体表面形成均匀的白亮强化涂层，感应熔覆装置为高频感应炉，本实施例强化的工艺参数为：振荡电流1200A；振荡频率100KHz；实验时间24～40S；线圈为4匝；试样与线圈间距离1-2.5mm。经感应熔覆形成涂层后，而涂层的平均硬度可以达到750HV以上。
实施例3
一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，包括以下步骤：
1)对金属基体的进行括除锈、喷砂等使表面得以净化的预处理工作，其中金属基体为45钢；
2)在金属基体表面进行电火花表面沉积，以获得电火花强化层，强化层材料为YG8硬质合金。
3)采用机械混合的方法将合金粉末与粘结剂充分搅拌制备成的糊状浆料：将约20克水玻璃与约100ml去离子水搅拌混溶，得到粘结剂浆料，粘度为300-500mPa·s；粉末材料分别采用WC硬质合金粉末(粒径为20-40μm)与镍基合金粉末(粒径为15-45μm，元素含量为0.6～1.0wt.％C、14～17wt.％Cr、2.5～4.5wt.％B、3～4.5wt.％Si、15wt.％Fe、60wt.％Ni)；混合比例为WC硬质合金粉末占总重量比的20-40％，镍基合金粉末占总重量比的60-80％。将按粘结剂占质量比的15％混合好的合金粉末形成糊状浆料待用；
4)将以上制备方法制备而成的糊状浆料预制在电火花强化层表面：用毛刷将其涂刷于电火花强化层表面上，刷涂厚度约为0.2～0.5mm，然后将其置于干燥炉内快速烘干形成预制涂层，然后在预制涂层上缠绕保温石棉布将其覆盖；
5)感应熔覆预涂层：将有预制涂层的试样放入感应线圈内，利用电磁感应的原理，将感应电流作用于金属基体表面将其加热，预制涂层在快速的升温过程中发生与金属基体表面的熔融与扩散，然后快速凝固，最终在金属基体表面形成均匀的白亮强化涂层，感应熔覆装置为高频感应炉，本实施例强化的工艺参数为：振荡电流1200A；振荡频率100KHz；实验时间24～40S；线圈为4匝；试样与线圈间距离1-2.5mm。经感应熔覆形成涂层后，而涂层的平均硬度可以达到700HV以上。
实施例4
一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，包括以下步骤：
1)对金属基体的进行括除锈、喷砂等使表面得以净化的预处理工作，其中金属基体为45钢；
2)在金属基体表面进行电火花表面沉积，以获得电火花强化层，强化层材料为YG8硬质合金。
3)采用机械混合的方法将合金粉末与粘结剂充分搅拌制备成的糊状浆料：将约30克醋酸纤维素和约250ml丙酮搅拌混溶，得到粘结剂浆料，粘度为300-500mPa·s；粉末材料分别采用WC硬质合金粉末(粒径为20-40μm)与镍基合金粉末(粒径为15-45μm，元素含量为0.6～1.0wt.％C、14～17wt.％Cr、2.5～4.5wt.％B、3～4.5wt.％Si、15wt.％Fe、60wt.％Ni)；混合比例为WC硬质合金粉末占总重量比的20-40％，镍基合金粉末占总重量比的60-80％。将按粘结剂占质量比的20％混合好的合金粉末形成糊状浆料待用；
4)将以上制备方法制备而成的糊状浆料预制在电火花强化层表面：用毛刷将其涂刷于电火花强化层表面上，刷涂厚度约为0.2～0.5mm，然后将其置于干燥炉内快速烘干形成预制涂层，然后在预制涂层上缠绕保温石棉布将其覆盖；
5)感应熔覆预涂层：将有预制涂层的试样放入感应线圈内，利用电磁感应的原理，将感应电流作用于金属基体表面将其加热，预制涂层在快速的升温过程中发生与金属基体表面的熔融与扩散，然后快速凝固，最终在金属基体表面形成均匀的白亮强化涂层，感应熔覆装置为高频感应炉，本实施例强化的工艺参数为：振荡电流1200A；振荡频率100KHz；实验时间24～40S；线圈为4匝；试样与线圈间距离1-2.5mm。经感应熔覆形成涂层后，而涂层的平均硬度可以达到800HV以上。
综上所述，本发明提供了一种利用电火花沉积与感应熔覆结合制备复合强化涂层的方法。所制备的涂层具有耐磨抗蚀的功能，可达到延长机械零件使用寿命的目的。制备过程包括以下步骤：1)利用电火花沉积技术，将金属基体接入阴极，将硬质合金电极接入阳极，然后将电极材料沉积在基体表面形成电火花强化层；2)利用粘结剂将金属粉末粘接并涂覆于电火花强化层表面，然后利用感应熔覆技术将其制备为与强化层和基体呈冶金结合的感应熔覆强化层。利用上述方法获得的强化层为复合强化涂层，所使用的设备为电火花沉积机构和感应熔覆机构数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述复合强化涂层包括金属基体、电火花沉积层和感应熔覆层，其制备过程包括以下步骤：
步骤1：把金属基体接入脉冲电源阴极，将硬质合金电极接入脉冲电源阳极，电极沿基体平面X或Y方向做平面进给运动，利用电火花沉积技术将电极材料沉积在金属基体表面，形成电火花强化层；
步骤2：利用粘结剂将金属粉末粘接并涂覆于电火花强化层表面，然后利用感应熔覆技术将其加热并熔融，此时黏结剂受热蒸发，剩下金属粉末制备为与强化层和基体呈冶金结合的感应熔覆强化层。
2.根据权利要求1所述的一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述步骤1)中的强化层材料为碳化钨和碳化钛类硬质合金材料。
3.根据权利要求1所述的一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)中的粘接剂的溶质为醋酸纤维素、聚乙烯醇和水玻璃中的任意一种或几种；溶液为丙酮和去离子水中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)中的金属粉末为铁基和镍基合金粉末的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)中的粘结剂分别占金属粉末质量比的5％，10％，15％，20％。
6.根据权利要求1所述的一种利用电火花和感应熔覆技术制备复合强化涂层的方法，其特征在于：所述步骤2)中利用毛刷将混合而成的糊状金属粉末涂覆于金属基体表面形成预涂覆层；预涂覆层形成后，先加热干燥或置于空气中风干。
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