CN110424006A - 一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，包括包括熔覆前金属基体预处理、熔覆前原料预处理、熔覆和熔覆后处理四个步骤，制作时，以Al、Ni、Ti、Fe、Cr、Si、Mo、Ni～Cr～Ti合金、Fe～B合金和C为原料，在保护气体的保护环境下利用离子熔覆技术来代替传统的电镀工艺制备金属的表面涂层，使得涂层金属粉末熔覆在金属基材上，制成覆盖有涂层的金属制品，其中，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强的优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点，克服了传统的电镀工艺的不足，降低产品生产成本，提高产品生产的效率，此外还使得金属制品的耐磨、防腐、抗疲劳剥落功能更佳。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体为一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺。
背景技术
涂层是指附着在某一基体材料上起某种特殊作用，且与基体材料具有一定结合强度的薄层材料，它可以克服基体材料的某种缺陷，改善其表面特性，如光学特性、电学特性、耐侵蚀及腐蚀、耐磨损性和提高机械强度等。每年金属由于腐蚀与磨损失效造成巨大的经济损失，常采用电镀方式在金属构件表面镀上一层其他金属或合金，来达到或改善对金属构件耐磨、耐腐蚀或其他性能，然而传统的电镀工艺十分复杂，涂层组分不太合理，最终影响金属构件的使用寿命。
为此，本发明提出一种利用离子熔覆技术来代替传统的电镀工艺，从而解决上述存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，包括如下几个步骤：
S1：熔覆前金属基体预处理；
(1)采用车削、打磨的机械方法去除金属基体表面的氧化物；
(2)用金属洗净剂对金属基材的表面进行清洗，去除金属基材表面的油污、锈迹，直至露出金属光泽；
(3)将清洗过后的金属基材放在烘箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，时间控制在3～5h；
(4)干燥后进行表面喷砂处理；
S2：熔覆前原料预处理；
(1)准备原料：
按重量份准备如下原料：Al 30～35份、Ni 23～29份、Ti 15～25份、Fe 8～15份、Cr 5～8份、Si 4～5份、Mo 3～4份、Ni～Cr～Ti合金3～4份、Fe～B合金1-2份、C 1～2份；
(2)原料前处理：
A、将上述原料按熔点从低到高加入中熔炼炉中熔炼；
B、熔炼之后，进行脱氧、扒渣处理；
C、将脱氧、扒渣处理处理过后的原料冷却至室温；
D、将冷却至室温的原料放入球磨机中进行球磨处理，得到金属粉末物料；
E、将金属粉末物料放进真空干燥箱内进行干燥处理，制得干燥的金属粉末物料；
F、将干燥的金属粉末物料放进筛板上过100-400目筛，得到金属粉末颗粒物；
S3：熔覆；
将金属基体装入等离子熔覆设备内，然后进行等离子熔覆，熔覆过程中以等离子弧作为热源，将金属粉末颗粒物在保护气氛保护的环境下涂覆在金属基材的表面，金属基材表面与金属粉末颗粒物迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层金属表面涂层；
S4：熔覆后处理；
(1)将等离子熔覆后的金属基材在温度为500～520℃的条件下保温2～5h，完成之后进行退火处理；
(2)对已退火的金属基材进行超声波清洗，然后进行干燥处理，干燥放在烘箱中处理，温度为60～100℃，时间控制在3～4h；
(3)冷却金属基材至室温得到成品。
作为本发明一种优选的技术方案，S2步骤A中所述的熔炼炉的熔炼温度为1400～1500℃，炼炉时间为40～60min。
作为本发明一种优选的技术方案，S2步骤B中所述的原料冷却至室温的冷却方法为：首先对原料进行空冷，空冷温度降低至850～920℃后，再进行水冷，以8～12℃/s的速度水冷至380～420℃，最后再进行空冷，直至室温。
作为本发明一种优选的技术方案，S2步骤D中所述的球磨机的球磨处理温度为360～390℃，球磨处理的时间为2～4h。
作为本发明一种优选的技术方案，S2步骤E中所述的干燥处理的干燥温度为100～130℃，干燥时间为30～50min。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S3中所述的熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为200～350L/h，保护气体流量为360～450L/h，转移弧电压为30～35V，转移电流为100～130A，喷距为2～4cm，功率为1.8～2.2KW，扫描速度为160～180mm/min，等离子弧光斑直径为2～3mm，等离子熔覆层厚度为8～10mm。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤S3熔覆中所述的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，以Al、Ni、Ti、Fe、Cr、Si、Mo、Ni～Cr～Ti合金、Fe～B合金和C为原料，在保护气体的保护环境下利用离子熔覆技术来代替传统的电镀工艺制备金属的表面涂层，使得涂层金属粉末熔覆在金属基材上，制成覆盖有涂层的金属制品，其中，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强的优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点，克服了传统的电镀工艺的不足，降低产品生产成本，提高产品生产的效率，此外还使得金属制品的耐磨、防腐、抗疲劳剥落功能更佳。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种技术方案：一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，包括如下几个步骤：
S1：熔覆前金属基体预处理；
(1)采用车削、打磨的机械方法去除金属基体表面的氧化物；
(2)用金属洗净剂对金属基材的表面进行清洗，去除金属基材表面的油污、锈迹，直至露出金属光泽；
(3)将清洗过后的金属基材放在烘箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，时间控制在3～5h；
(4)干燥后进行表面喷砂处理；
S2：熔覆前原料预处理；
(1)准备原料：
按重量份准备如下原料：Al 30～35份、Ni 23～29份、Ti 15～25份、Fe 8～15份、Cr 5～8份、Si 4～5份、Mo 3～4份、Ni～Cr～Ti合金3～4份、Fe～B合金1-2份、C 1～2份；
(2)原料前处理：
A、将上述原料按熔点从低到高加入中熔炼炉中熔炼；
B、熔炼之后，进行脱氧、扒渣处理；
C、将脱氧、扒渣处理处理过后的原料冷却至室温；
D、将冷却至室温的原料放入球磨机中进行球磨处理，得到金属粉末物料；
E、将金属粉末物料放进真空干燥箱内进行干燥处理，制得干燥的金属粉末物料；
F、将干燥的金属粉末物料放进筛板上过100-400目筛，得到金属粉末颗粒物；
S3：熔覆；
将金属基体装入等离子熔覆设备内，然后进行等离子熔覆，熔覆过程中以等离子弧作为热源，将金属粉末颗粒物在保护气氛保护的环境下涂覆在金属基材的表面，金属基材表面与金属粉末颗粒物迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层金属表面涂层；
S4：熔覆后处理；
(1)将等离子熔覆后的金属基材在温度为500～520℃的条件下保温2～5h，完成之后进行退火处理；
(2)对已退火的金属基材进行超声波清洗，然后进行干燥处理，干燥放在烘箱中处理，温度为60～100℃，时间控制在3～4h；
(3)冷却金属基材至室温得到成品。
进一步的，S2步骤A中所述的熔炼炉的熔炼温度为1400～1500℃，炼炉时间为40～60min。
进一步的，S2步骤B中所述的原料冷却至室温的冷却方法为：首先对原料进行空冷，空冷温度降低至850～920℃后，再进行水冷，以8～12℃/s的速度水冷至380～420℃，最后再进行空冷，直至室温。
进一步的，S2步骤D中所述的球磨机的球磨处理温度为360～390℃，球磨处理的时间为2～4h。
进一步的，S2步骤E中所述的干燥处理的干燥温度为100～130℃，干燥时间为30～50min。
进一步的，步骤S3中所述的熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为200～350L/h，保护气体流量为360～450L/h，转移弧电压为30～35V，转移电流为100～130A，喷距为2～4cm，功率为1.8～2.2KW，扫描速度为160～180mm/min，等离子弧光斑直径为2～3mm，等离子熔覆层厚度为8～10mm。
进一步的，步骤S3熔覆中所述的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
综上所述：本发明一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，以Al、Ni、Ti、Fe、Cr、Si、Mo、Ni～Cr～Ti合金、Fe～B合金和C为原料，在保护气体的保护环境下利用离子熔覆技术来代替传统的电镀工艺制备金属的表面涂层，使得涂层金属粉末熔覆在金属基材上，制成覆盖有涂层的金属制品，其中，等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强的优点，堆焊层具有结合强度高、组织致密、耐蚀及耐磨性好等优点，克服了传统的电镀工艺的不足，降低产品生产成本，提高产品生产的效率，此外还使得金属制品的耐磨、防腐、抗疲劳剥落功能更佳。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，包括如下几个步骤：
S1：熔覆前金属基体预处理；
(1)采用车削、打磨的机械方法去除金属基体表面的氧化物；
(2)用金属洗净剂对金属基材的表面进行清洗，去除金属基材表面的油污、锈迹，直至露出金属光泽；
(3)将清洗过后的金属基材放在烘箱中进行干燥处理，干燥温度为100℃～150℃，时间控制在3～5h；
(4)干燥后进行表面喷砂处理；
S2：熔覆前原料预处理；
(1)准备原料：
按重量份准备如下原料：Al 30～35份、Ni 23～29份、Ti 15～25份、Fe 8～15份、Cr 5～8份、Si 4～5份、Mo 3～4份、Ni～Cr～Ti合金3～4份、Fe～B合金1-2份、C 1～2份；
(2)原料前处理：
A、将上述原料按熔点从低到高加入中熔炼炉中熔炼；
B、熔炼之后，进行脱氧、扒渣处理；
C、将脱氧、扒渣处理处理过后的原料冷却至室温；
D、将冷却至室温的原料放入球磨机中进行球磨处理，得到金属粉末物料；
E、将金属粉末物料放进真空干燥箱内进行干燥处理，制得干燥的金属粉末物料；
F、将干燥的金属粉末物料放进筛板上过100-400目筛，得到金属粉末颗粒物；
S3：熔覆；
将金属基体装入等离子熔覆设备内，然后进行等离子熔覆，熔覆过程中以等离子弧作为热源，将金属粉末颗粒物在保护气氛保护的环境下涂覆在金属基材的表面，金属基材表面与金属粉末颗粒物迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，形成一层金属表面涂层；
S4：熔覆后处理；
(1)将等离子熔覆后的金属基材在温度为500～520℃的条件下保温2～5h，完成之后进行退火处理；
(2)对已退火的金属基材进行超声波清洗，然后进行干燥处理，干燥放在烘箱中处理，温度为60～100℃，时间控制在3～4h；
(3)冷却金属基材至室温得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，S2步骤A中所述的熔炼炉的熔炼温度为1400～1500℃，炼炉时间为40～60min。
3.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，S2步骤B中所述的原料冷却至室温的冷却方法为：首先对原料进行空冷，空冷温度降低至850～920℃后，再进行水冷，以8～12℃/s的速度水冷至380～420℃，最后再进行空冷，直至室温。
4.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，S2步骤D中所述的球磨机的球磨处理温度为360～390℃，球磨处理的时间为2～4h。
5.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，S2步骤E中所述的干燥处理的干燥温度为100～130℃，干燥时间为30～50min。
6.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，步骤S3中所述的熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为200～350L/h，保护气体流量为360～450L/h，转移弧电压为30～35V，转移电流为100～130A，喷距为2～4cm，功率为1.8～2.2KW，扫描速度为160～180mm/min，等离子弧光斑直径为2～3mm，等离子熔覆层厚度为8～10mm。
7.根据权利要求1所述的一种利用离子熔覆技术制备金属表面涂层的工艺，其特征在于，步骤S3熔覆中所述的保护气氛为氮气、氩气、氦气中的一种或几种。
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