CN109136917A - 一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，包括如下步骤：步骤1：对灰铸铁基体表面进行喷砂处理，使用无水酒精超声清洗15min并烘干；步骤2：使用银钎焊剂作为粘结剂，按照合金粉末：银钎焊剂为10:1的比例，使用蒸馏水均匀调和制成混合粉末；步骤3：通过冷涂敷的方法将混合粉末置于经过步骤1处理的灰铸铁基体表面，并使用3D打印塑料模具定型，形成厚度为2mm的铁基预置涂层；步骤4：将陶泥涂覆在铁基预置涂层表面作为隔热介质；步骤5：利用感应熔覆方法对灰铸铁基体进行涂层制备。本发明的技术方案解决了现有技术不能实现在灰铸铁表面制备耐磨性能的感应熔覆涂层的问题。

Description

一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法
技术领域
本发明涉及灰铸铁涂层制备技术领域，具体而言，尤其涉及一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法。
背景技术
由于灰铸铁碳含量高，在熔覆层与基体结合界面容易出现导致涂层开裂/剥落的白口组织；由于灰铸铁中的石墨以片状形式存在，其端部成尖角对基体有破坏割裂作用，难以通过热处理进行性能强化；同时灰铸铁熔点低，与熔覆材料接近，导致工艺参数难以控制，因此，现有技术均为在中低碳钢表面感应熔覆合金涂层，而不能实现在灰铸铁表面制备耐磨性能的感应熔覆涂层。
发明内容
根据上述提出现有技术难以实现在灰铸铁表面制备耐磨涂层的技术问题，而提供一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法。本发明主要利用对灰铸铁基体进行喷砂处理、超声清洗并使用银钎焊剂作为粘结剂与合金粉末形成的铁基涂层进行感应熔覆，从而实现熔覆材料熔融，解决了灰铸铁难以通过热处理进行性能强化的问题，增强了其硬度、耐磨耐腐蚀等性能。
本发明采用的技术手段如下：
一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，包括如下步骤：
步骤1：对灰铸铁基体表面进行喷砂处理，使用无水酒精超声清洗15min并烘干；
步骤2：使用银钎焊剂作为粘结剂，按照合金粉末：银钎焊剂为10:1的比例，使用蒸馏水均匀调和制成混合粉末；
步骤3：通过冷涂敷的方法将混合粉末置于经过步骤1处理的灰铸铁基体表面，并使用3D打印塑料模具定型，形成厚度为2mm的铁基预置涂层，将灰铸铁基体风干后，在150℃的烘箱中烘干；
步骤4：将陶泥涂覆在铁基预置涂层表面作为隔热介质，再次风干，并在150℃的烘箱中烘干；
步骤5：利用感应熔覆方法对灰铸铁基体进行涂层制备。
进一步地，步骤5中，感应熔覆的电参数为：输入功率为120kW，输出电流为0-180A；感应熔覆的预热阶段加热电流为10A，加热时间为90s，熔融阶段加热电流为20A，加热时间为11s，保温阶段加热电流为10A，加热时间为30s。
进一步地，风干处理和烘干处理的时间均为3h。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的感应熔覆涂层制备方法，实现了在熔覆层与基体结合界面实现了冶金结合，组织致密，解决了灰铸铁难以通过热处理进行性能强化的问题，增强了其硬度、耐磨耐腐蚀等性能。
2、本发明提供的感应熔覆涂层制备方法，通过使用银钎焊剂作为粘结剂在感应熔覆过程中可以有效降低金属颗粒粘结温度，从而实现熔覆材料熔融，解决了工艺参数难以控制的问题。
综上，应用本发明的技术方案实现了在熔覆层与基体结合界面实现了冶金结合，组织致密，解决了灰铸铁难以通过热处理进行性能强化的问题，增强了其硬度、耐磨耐腐蚀等性能。因此，本发明的技术方案解决了现有技术不能实现在灰铸铁表面制备耐磨性能的感应熔覆涂层的问题。
基于上述理由本发明可在灰铸铁涂层制备等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述感应熔覆涂层制备方法流程图。
图2为本发明制备的铁基熔覆涂层的SEM图。
图3为本发明制备的铁基熔覆涂层的XRD图。
图4为本发明制备的铁基熔覆涂层的显微硬度变化曲线。
图5为本发明制备的铁基熔覆涂层和灰铸铁的摩擦系数变化对比图。
图6为本发明制备的铁基熔覆涂层和HT300在不同距离下的失重变化图。
图7为本发明制备的铁基熔覆涂层和灰铸铁在浸泡腐蚀下的腐蚀速度曲率变化曲线对比图。
图8为本发明制备的铁基熔覆涂层和HT300在电化学腐蚀下的极化曲线对比图。
图9为本发明制备的铁基熔覆涂层和HT300在电化学腐蚀后的SEM图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，包括如下步骤：
步骤1：对灰铸铁基体表面进行喷砂处理，使用无水酒精超声清洗15min并烘干；
步骤2：使用银钎焊剂作为粘结剂，按照合金粉末：银钎焊剂为10:1的比例，使用蒸馏水均匀调和制成混合粉末；
步骤3：通过冷涂敷的方法将混合粉末置于经过步骤1处理的灰铸铁基体表面，并使用3D打印塑料模具定型，形成厚度为2mm的铁基预置涂层，将灰铸铁基体风干后，在150℃的烘箱中烘干；
步骤4：将陶泥涂覆在铁基预置涂层表面作为隔热介质，再次风干，并在150℃的烘箱中烘干；
步骤5：利用感应熔覆方法对灰铸铁基体进行涂层制备。
进一步地，步骤5中，感应熔覆的电参数为：输入功率为120kW，输出电流为0-180A；感应熔覆的预热阶段加热电流为10A，加热时间为90s，熔融阶段加热电流为20A，加热时间为11s，保温阶段加热电流为10A，加热时间为30s。
进一步地，风干处理和烘干处理的时间均为3h。
对未制备熔覆涂层的灰铸铁基HT300与采用本发明所述的涂层制备方法制备的铁基熔覆层进行对比试验：如图2所示，图中铁基合金混合粉末经加热熔化并凝固，形成了组织致密的合金熔覆层，灰铸铁基体中部分片状石墨扩散到熔覆层中，表明熔覆层与基体实现了冶金结合；如图3所示为熔覆层X射线衍射图，根据熔覆层和基体的合金粉末成分，以及感应熔覆过程，确定熔覆层的物相主要由α-(Fe,Cr)、Fe3C和(Cr,Fe)7C3组成，其中α-(Fe,Cr)是母相，Fe3C和(Cr,Fe)7C3等碳化物是析出相；如图4所示为铁基涂层至基体的显微硬度变化曲线图，可知铁基涂层的平均硬度约为765.5HV0.1左右，基体表面平均显微硬度约为383.2HV0.1，铁基涂层的平均硬度高于基体，说明采用本发明所述方法制备的涂层对提高灰铸铁表面硬度有较好的效果。
图5为铁基熔覆层和灰铸铁的摩擦系数变化对比图，图中铁基涂层的摩擦系数在0m至625m过程中，呈现急剧性的上升下降，最后平稳的过程，而625m至2500m过程中，则表现为平稳性的下降。而HT300则在0m至1875m过程中，呈现为反复式的上升下降的变化，而1875m至2500m过程中则表现为平稳下降的过程。通过比较不同磨损距离的摩擦系数可知，铁基涂层在磨损距离为1250m时，平均摩擦系数略高于HT300，其他磨损距离下，均低于HT300，同时，HT300的平均摩擦系数始终处于上升的状态，而铁基涂层则表现为先上升后下降的趋势。
图6为不同距离下铁基熔覆层和HT300的失重变化，图中所示为铁基涂层和HT300在不同磨损距离下的磨损失重变化图。可知铁基涂层和HT 300的磨损失重随着磨损距离的增加，呈现上升的趋势。在2500m的磨损过程中，HT 300的磨损总失重为167mg，铁基涂层的磨损总失重为23.2mg，仅为HT300失重的七分之一左右。由此可知，铁基熔覆层在此摩擦磨损条件下具有更好的耐磨性能。
图7为铁基熔覆层和灰铸铁在浸泡腐蚀下的腐蚀速率变化曲线对比图，图中所示为铁基熔覆层和HT300在60％H2SO4溶液中的腐蚀速率变化图，铁基熔覆层的腐蚀速率随着腐蚀时间的增加，而急剧减小，由14.61减小到0.87mm/a。HT300的腐蚀速率则始终较为平稳，平均腐蚀速率为1.87mm/a。腐蚀时间达到24h，铁基熔覆层的腐蚀速率开始小于HT300；当腐蚀时间达到30h时，铁基熔覆层的腐蚀速率约为HT300的1/2。因此，随着时间的延长，铁基熔覆层的耐腐蚀性逐渐增强，并优于HT300基体。
图8为铁基熔覆层和HT300电化学腐蚀下的极化曲线对比，图中所示为铁基熔覆层和HT300基体在3.5％NaCl溶液中的极化曲线。依图可知，极化曲线可以分为阴极区、活化区、活化-钝化过渡区、钝化区和过钝化区，属于典型活化-钝化特征。
图9为HT300和铁基熔覆层电化学腐蚀后的SEM图，依图9(b、d)可知，铁基熔覆层明显分为两种相貌特征，其中α-(Fe,Cr)母相的电位较Fe3C和(Cr,Fe)7C3更负，因此两者在腐蚀溶液中形成原电池结构后，α-(Fe,Cr)优先溶解，同时熔覆层中的Cr元素经氧化形成Cr2O3，有效地阻碍了溶液对固溶体的侵蚀，起到了钝化保护作用。图中a、b区域为分布在灰铸铁和铁基熔覆层表面的钝化氧化物，但灰铸铁表面呈现明显的腐蚀坑道，铁基熔覆层则受到连续致密的氧化物保护，具有更良好的耐腐蚀性。
本发明提供的感应熔覆涂层制备方法，实现了在熔覆层与基体结合界面实现了冶金结合，组织致密，解决了灰铸铁难以通过热处理进行性能强化的问题，增强了其硬度、耐磨耐腐蚀等性能；通过使用银钎焊剂作为粘结剂在感应熔覆过程中可以有效降低金属颗粒粘结温度，从而实现熔覆材料熔融，解决了工艺参数难以控制的问题。本发明的技术方案解决了现有技术不能实现在灰铸铁表面制备耐磨性能的感应熔覆涂层的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对灰铸铁基体表面进行喷砂处理，使用无水酒精超声清洗15min并烘干；
步骤2：使用银钎焊剂作为粘结剂，按照合金粉末：银钎焊剂为10:1的比例，使用蒸馏水均匀调和制成混合粉末；
步骤3：通过冷涂敷的方法将混合粉末置于经过步骤1处理的灰铸铁基体表面，并使用3D打印塑料模具定型，形成厚度为2mm的铁基预置涂层，将灰铸铁基体风干后，在150℃的烘箱中烘干；
步骤4：将陶泥涂覆在铁基预置涂层表面作为隔热介质，再次风干，并在150℃的烘箱中烘干；
步骤5：利用感应熔覆方法对灰铸铁基体进行涂层制备。
2.根据权利要求1所述的提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，其特征在于，步骤5中，感应熔覆的电参数为：输入功率为120kW，输出电流为0-180A；感应熔覆的预热阶段加热电流为10A，加热时间为90s，熔融阶段加热电流为20A，加热时间为11s，保温阶段加热电流为10A，加热时间为30s。
3.根据权利要求1所述的提高灰铸铁耐磨性能的感应熔覆涂层制备方法，其特征在于，风干处理和烘干处理的时间均为3h。
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