CN112064008A - 一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法 - Google Patents

一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法 Download PDF

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张凯
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C23C24/045—Impact or kinetic deposition of particles by trembling using impacting inert media

Abstract

本发明公开了一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，针对WC、Cr3C2、TiC等硬质合金涂层，通过对缺陷部位及周边涂层进行特定打磨、清洁、喷砂毛化、再喷涂修复，获得修复的硬质合金涂层，修复效果好，无论在涂层修复处还是在与原涂层过渡处，在涂层表面硬度、结合强度、孔隙率等涂层性能技术指标上，都能够达到新制备涂层的水平或与原涂层性能基本一致，而且不会出现边界开裂而逐步剥落的问题。此外，该方法无需对返修件的涂层进行整体去除，减少了工作量；局部修复保留了大部分原有涂层，避免了重复制造，节约了资源、能源，减少了排放，降低了生产、使用成本；可修复受损涂层，延长零部件的使用寿命。

Description

一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法
技术领域
本发明涉及一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，属于涂层制备技术领域。
背景技术
超音速喷涂硬质合金涂层已广泛应用于机械、冶金、电力、航天航空、化工、石油、建筑等领域，可以有效提高设备零部件的耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、耐热等方面的性能。然而在涂层大面积喷涂制备过程中或涂层使用过程中，局部开裂、剥落等问题不可避免地出现，造成涂层失效，零部件报废。为了修复受损涂层，现有方法常采取机械加工或化学方法去除原有涂层后，再在工件表面重新制备新涂层。这种方法，不仅成本高昂，工作量大，修复周期长，易造成大量的资源浪费和能源消耗。此外也有仅对受损处进行修复的方法，然而这些方法修复后的超音速喷涂硬质合金涂层，在工程应用中往往普遍会很快又出现边界开裂、逐步剥落的情况。因此，本发明旨在提供一种节能高效的涂层修复方法，通过对涂层缺陷、受损部位的局部修复，全面恢复涂层功能，延长零部件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，可以节约高效地修复涂层受损部位，无论在涂层修复处还是在与原涂层过渡处，性能技术指标都能够达到新制备涂层的水平或与原涂层性能基本一致，全面恢复涂层功能。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明主要针对超音速喷涂(HVOF、HVAF)制备的硬质合金涂层(WC涂层、Cr3C2涂层、TiC涂层等)的局部失效问题，这类涂层经现有方法进行局部修复后通常仍易出现开裂，使用后很快剥落等问题，本发明通过对局部失效涂层进行特定打磨、清洁、毛化、再喷涂修复所打磨区域，恢复涂层功能，延续零部件的整体使用寿命。本发明的方法仅适用于氧-煤油超音速火焰喷涂HVOF或大气超音速火焰喷涂HVAF制备的硬质合金涂层，而对于氧-丙烷超音速火焰喷涂的硬质合金涂层是不适宜的。
本发明主要包括下述步骤：
(1)打磨
采用手工打磨或机械自动打磨的方式，使用SiC砂轮打磨涂层受损或有缺陷的部位，直至此部位失效涂层全部剥落，露出基体或下层涂层，基体或下层涂层与周边完好涂层之间光滑连续过渡，不存在明显间隙、台阶或界面。
(2)清洁
对打磨后的待修复部位及其周边涂层进行除油、清洁。采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修部位及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(3)喷砂毛化
采用自循环喷砂机对待修复表面进行喷砂处理。喷砂使用16～24目的Al2O3(白刚玉或棕刚玉)磨粒和干燥的压缩空气，压力0.15～0.26MPa，喷砂距离30～150mm，喷砂后表面粗糙度达到Ra3.2-6.3μm。
(4)再喷涂修复
①采用与原有涂层相一致的热喷涂方法(HVOF、HVAF)进行再喷涂修复。
②采用与原有涂层成分相一致的粉末作为喷涂材料，例如：WC-12Co、WC-10Co-4Cr、Cr3C2-25NiCr等。
③喷涂工艺参数：
HVOF：煤油流量：20～28L/h，氧气流量：750～900L/min，氮气流量：8～12L/min，送粉速度：45～95g/min，喷涂距离：300-420mm，喷涂速度：300～800mm/s。
HVAF：空气压力：85～95psi，丙烷压力：77～85psi，氮气流量：20～25slpm，氢气流量：20～35slpm，送粉速度：50～100g/min，喷涂距离：170～250mm，喷涂速度：600～1200mm/s。
④喷涂开始前预热，使工件温度达到60～80℃，喷涂过程中控制工件温度不超于120℃。
⑤当涂层厚度达到设计要求时，停止喷涂。
本发明的方法无需整体去除原有涂层，在进行局部修复之后，即可恢复涂层整体的使用性能；而且修复后的硬质合金涂层，在涂层表面硬度、结合强度、孔隙率等涂层性能技术指标上，能够达到不低于新制备涂层的水平或与原涂层性能基本一致，而且在后续使用中不易出现边界开裂或剥落的现象。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进一步说明。
实施例1
针对HVOF制备的WC-12Co涂层的局部失效问题，按下述步骤进行修复：
(1)打磨
采用手工打磨的方式，使用SiC砂轮打磨涂层受损部位，直至失效涂层全部剥落，露出基体，打磨使得基体与周边完好涂层之间光滑连续过渡，不存在明显间隙、台阶或界面。
(2)清洁
对打磨后的待修部位及其周边涂层进行除油、清洁。采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修部位及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(3)喷砂毛化
采用自循环喷砂机对待修复表面进行喷砂处理，喷砂使用20目的白刚玉，空气压力0.18MPa，喷砂距离50mm，喷砂后使得表面粗糙度达到约Ra5.0μm。
(4)再喷涂修复
采用HVOF喷涂WC-12Co粉末，修复涂层受损部位。
喷涂具体工艺参数：煤油流量：22L/h，氧气流量：835L/min，氮气流量：10L/min，送粉速度：65g/min，喷涂距离：380mm，喷涂速度：600mm/s。
喷涂开始前预热，使工件温度达到60℃，喷涂过程中控制工件温度不超于120℃。
当涂层厚度达到设计要求时，停止喷涂。
在进行上述修复后，涂层的性能指标可以达到如下：
应修复区域：修复涂层的孔隙率＜0.5％，显微硬度≥1150HV，结合力≥80MPa。
与原涂层的过渡区域：涂层的孔隙率＜0.6％，显微硬度≥1170HV，结合力≥78MPa。满足后续使用需求，不易出现边界开裂或剥落的现象。
实施例2
针对HVAF制备的Cr3C2-25NiCr涂层的局部失效问题，按下述步骤进行修复：
(1)打磨
采用手工打磨方式，使用SiC砂轮打磨涂层受损部位，直至失效涂层全部剥落，露出基体，基体与周边完好涂层之间光滑连续过渡，不存在明显间隙、台阶或界面。
(2)清洁
对打磨后的待修部位及其周边涂层进行除油、清洁。采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修部位及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(3)喷砂毛化
采用自循环喷砂机对待修复表面进行喷砂处理。喷砂使用24目的白刚玉，压缩空气压力0.20MPa，喷砂距离60mm，喷砂后表面粗糙度达到约Ra4.5μm。
(4)再喷涂修复
采用HVAF喷涂Cr3C2-25NiCr粉末，修复涂层受损部位。
喷涂具体工艺参数：空气压力：88psi，丙烷压力：81psi，氮气流量：23slpm，氢气流量：25slpm，送粉速度：55g/min，喷涂距离：190mm，喷涂速度：700mm/s。
喷涂开始前预热，使工件温度达到60℃，喷涂过程中控制工件温度不超于120℃。
当涂层厚度达到设计要求时，停止喷涂。
在进行上述修复后，涂层的性能指标可以达到如下：
应修复区域：修复涂层的孔隙率＜0.8％，显微硬度≥1000HV，结合力≥73MPa。与原涂层的过渡区域，涂层的孔隙率＜0.5％，显微硬度≥1100HV，结合力≥71MPa。
满足后续使用需求，不易出现边界开裂或剥落的现象。
实施例3
针对HVAF制备的WC-10Co-4Cr涂层的局部失效问题，按下述步骤进行修复：
(1)打磨
采用手工打磨的方式，使用SiC砂轮打磨涂层受损或有缺陷的部位，直至失效涂层全部剥落，露出基体，基体与周边完好涂层之间光滑连续过渡，不存在明显间隙、台阶或界面。
(2)清洁
对打磨后的待修部位及其周边涂层进行除油、清洁。采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修部位及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(3)喷砂毛化
采用自循环喷砂机对待修复表面进行喷砂处理。喷砂使用24目的白刚玉，压缩空气压力0.22MPa，喷砂距离40mm，喷砂后表面粗糙度达到约Ra4.0μm。
(4)再喷涂修复
采用HVAF喷涂WC-10Co-4Cr粉末，修复涂层受损部位。
喷涂具体工艺参数：空气压力：89psi，丙烷压力：82psi，氮气流量：23slpm，氢气流量：25slpm，送粉速度：70g/min，喷涂距离：180mm，喷涂速度：800mm/s。
喷涂开始前预热，使工件温度达到60～80℃，喷涂过程中控制工件温度不超于120℃。
当涂层厚度达到设计要求时，停止喷涂。
进行上述修复后涂层性能指标达到如下：
应修复区域：修复涂层的孔隙率＜0.5％，显微硬度≥1350HV，结合力≥85MPa。
与原涂层的过渡区域：涂层的孔隙率＜0.4％，显微硬度≥1310HV，结合力≥79MPa。
满足后续使用需求，不易出现边界开裂或剥落的现象。

Claims (7)

1.一种用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，通过对局部失效涂层中的受损部位进行特定打磨、清洁、毛化、再喷涂修复，所述特定打磨应至所打磨处与周边涂层光滑连续过渡，所述再喷涂修复是采用与原涂层一致的材料及喷涂方法打磨后的区域进行喷涂修复；所述的超音速喷涂为氧-煤油超音速火焰喷涂HVOF或大气超音速火焰喷涂HVAF。
2.根据权利要求1所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，所述的硬质合金涂层为WC涂层、Cr3C2涂层或TiC涂层。
3.根据权利要求1所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，所述的特定打磨为采用SiC砂轮进行打磨。
4.根据权利要求1所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)打磨
采用手工打磨或机械自动打磨的方式，使用SiC砂轮打磨涂层受损或有缺陷的部位，直至此部位失效涂层全部剥落，露出基体或下层涂层，并使得基体或下层涂层与周边完好涂层之间光滑连续过渡，不存在明显间隙、台阶或界面；
(2)清洁
对打磨后的待修复部位及其周边涂层进行除油、清洁；
(3)喷砂毛化
采用自循环喷砂机对待修复表面进行喷砂处理，喷砂使用16～24目的Al2O3磨粒和干燥的压缩空气，压力0.15～0.26MPa，喷砂距离30～150mm，使得砂后表面粗糙度达到Ra3.2-6.3μm；
(4)再喷涂修复
①采用与原有涂层相一致的喷涂方法进行再喷涂修复；
②采用与原有涂层成分相一致的粉末作为喷涂材料；
③喷涂开始前预热，使工件温度达到60～80℃，喷涂过程中控制工件温度不超于120℃；
④当涂层厚度达到设计要求时，停止喷涂。
5.根据权利要求1或4所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，所述的清洁具体为：采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修复部位及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘的污染物。
6.根据权利要求1或4所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，采用的喷涂工艺参数如下：
当喷涂方法为HVOF，则：
煤油流量：20～28L/h，氧气流量：750～900L/min，氮气流量：8～12L/min，送粉速度：45～95g/min，喷涂距离：300-420mm，喷涂速度：300～800mm/s；
当喷涂方法为HVAF，则：
空气压力：85～95psi，丙烷压力：77～85psi，氮气流量：20～25slpm，氢气流量：20～35slpm，送粉速度：50～100g/min，喷涂距离：170～250mm，喷涂速度：600～1200mm/s。
7.根据权利要求1所述的用于超音速喷涂硬质合金涂层的修复方法，其特征在于，若需保持整个涂层表面色泽、光洁度一致，在修复完成后，对整个涂层表面再重复进行喷砂处理一次，并采用相同的喷涂方法对整个涂层表面再喷涂覆盖一遍。
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