CN112176335A - 一种抗磨蚀复合涂层的制备方法 - Google Patents

一种抗磨蚀复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)对待处理设备的表面进行清理，去除待处理设备表面的污物，如油污和氧化物，将清理后的待处理设备作为基板；(2)对基板进行预热处理，然后在基板的表面焊接第一金属纤维层，第一金属纤维层包括若干个均与基板的表面焊接的第一金属纤维，第一金属纤维在基板的表面划分出若干个第一空隙区；(3)在每个第一空隙区内电弧熔覆第一耐磨层，并使第一耐磨层的厚度与第一金属纤维层的厚度保持一致，第一耐磨层和第一金属纤维层组成第一复合涂层。本发明的抗磨蚀复合涂层的制备方法提高了抗磨蚀的复合涂层的性能和制备效率。

Description

一种抗磨蚀复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及金属制造技术领域，特别是涉及一种抗磨蚀复合涂层的制备方法。
背景技术
采矿活动一般包括破碎、挖掘、装载、运输以及矿物加工，在这些活动中矿山设备都会发生磨损，尤其是破碎、挖掘等步骤中，设备的磨损程度尤其严重，矿产开采中因摩擦和磨损造成的总经济损失估计为每年210亿欧元，其中40％用于克服摩擦，27％用于更换零件和备用设备的生产，26％用于维护工作。减少采矿摩擦和磨损的潜在新方法包括开发和使用新材料，特别是具有改进强度和硬度特性的材料、更有效的表面处理、高性能表面涂层等。通过在采矿设备中应用新的减磨和防磨技术，摩擦磨损的损失可以在短期内减少15％，长期内减少30％。矿山设备的损耗程度快、更换频率高，整体改善金属的性能往往需要调控合金成分，添加耐磨金属元素或稀有金属，这又增加了生产成本，而通过制备表面耐磨层，可以在不改变内部金属成分的条件下增加设备的表面耐磨性，减少生产成本。
电弧熔覆是电弧增材技术的一种，其基于熔焊技术，将丝材熔化层层堆积直接成形为致密零件，具有设备简单、生产效率高、制造成本低的优点，以及成形零件组织致密、热影响区小、力学性能好的特点，但实际应用中由于电弧熔覆过程以高温液态金属过渡成形方式进行，温度较高，热量比较集中，温差应力大，形状及边界难以控制，所以往往面临着熔覆层结合性差、韧性差、内应力大、热裂纹大量延伸的问题。
目前国内外致力于通过数据分析方法寻找最佳熔覆层质量与工艺参数，通过适当的电弧行进速度和输入热量，可以实现材料强度和韧性的匹配；或者调整工艺步骤，在熔覆之后设置冷却时间，但这两种方法仅限于实验领域的小批量制造或者效率低下，不能从根本上避免温差应力和热裂纹的影响，并不适合矿山设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高抗磨蚀的复合涂层的性能和制备效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)对待处理设备的表面进行清理，去除所述待处理设备表面的污物，如油污和氧化物，将清理后的所述待处理设备作为基板；
(2)对所述基板进行预热处理，然后在所述基板的表面焊接第一金属纤维层，所述第一金属纤维层包括若干个均与所述基板的表面焊接的第一金属纤维，所述第一金属纤维在所述基板的表面划分出若干个第一空隙区；
(3)在每个所述第一空隙区内电弧熔覆第一耐磨层，并使所述第一耐磨层的厚度与所述第一金属纤维层的厚度保持一致，所述第一耐磨层和所述第一金属纤维层组成第一复合涂层。
优选的，还包括步骤(4)将所述第一复合涂层的表面打磨干净，并在所述第一复合涂层的表面焊接第二金属纤维层，所述第二金属纤维层包括若干个均与所述第一复合涂层的表面焊接的、且与所述第一金属纤维交错的第二金属纤维，所述第二金属纤维在所述第一复合涂层的表面划分出若干个第二空隙区；还包括步骤(5)在每个所述第二空隙区内电弧熔覆第二耐磨层，并使所述第二耐磨层的厚度与所述第二金属纤维层的厚度保持一致，所述第二耐磨层和所述第二金属纤维层组成第二复合涂层。
优选的，所述第一金属纤维层和所述第二金属纤维层均成网格状，所述第一金属纤维层中的网格即为所述第一空隙区，所述第二金属纤维层中的网格即为所述第二空隙区。
优选的，所述第一金属纤维和所述第二金属纤维的横截面为圆形或矩形。
优选的，步骤(2)中对所述基板进行预热处理的温度为100℃～200℃。
优选的，在步骤(3)中在每个所述第一空隙区内电弧熔覆第一耐磨层前，将所述第一空隙区内的区域进行温度为100℃～200℃的预热处理。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的抗磨蚀复合涂层的制备方法提高了抗磨蚀的复合涂层的性能和制备效率。本发明抗磨蚀复合涂层的制备方法在电弧熔覆前先在基板上预焊由金属纤维搭接而成的金属网格，然后在金属网格内进行电弧熔覆，金属网格中的金属纤维一方面能够作为熔覆的耐磨层的内部增强结构，能够增强熔覆层与基板的结合；另一方面，金属纤维选用韧性较好的材料，可以作为熔覆金属区域之间的缓冲层，缓解熔覆过程中的应力和工作过程中的冲击，改善脆性耐磨熔覆层的力学性能；再一方面，在熔覆过程中耐磨层中如果产生裂纹，裂纹延伸时会受到金属纤维的阻挡，从而抑制了裂纹的延伸带来的熔覆层易剥落的问题。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明抗磨蚀复合涂层的制备方法的示意图；
图2为本发明本发明抗磨蚀复合涂层的制备方法的局部示意图；
其中：1、基板；2、第一金属纤维层；21、连接点；22、圆柱状金属纤维；3、第一耐磨层；4、第二金属纤维层；5、第二耐磨层。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高抗磨蚀的复合涂层的性能和制备效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图2所示：本实施例提供了一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据实际需要，对待施加复合涂层的设备表面进行喷砂或酸洗处理去除油污及氧化物等污物，将清理后的待施加复合涂层的设备作为基板1；
(2)选择金属纤维的材料，金属纤维的规格根据实际需要可选为：长度30～300mm，宽度3～10mm，高度3～10mm；本实施例金属纤维由韧性较高、焊接性较好的钢制成，本实施例中第一金属纤维层呈网格状，通过短金属纤维相互连接的方式在表面制备第一金属纤维层2；当然在实际应用中也可以采取长短金属纤维搭配的方式来制备第一金属纤维层2；
(3)对待焊部位进行预热处理，根据实际需要控制温度在100℃～200℃；
(4)第一金属纤维层2中包括若干个第一金属纤维，将第一金属纤维与设备表面进行焊接连接，可以点焊连接点21固定第一金属纤维层，也可以直接对第一金属纤维层进行缝焊，完成连接后，若干个第一金属纤维将基板1表面划分为若干个第一空隙区，即第一金属纤维层2中的网格；
(5)根据实际需要选择电弧熔覆使用的焊丝，设定工艺参数，安排框架内小块区域的熔覆优先顺序，以减少熔覆过程中温差应力导致的变形；
(6)对第一金属纤维层2中各网格内部的区域进行预热处理，根据实际需要控制温度，约为100℃～200℃。
(7)在第一金属纤维层2的网格内通过电弧熔覆技术熔覆第一耐磨层3，且第一耐磨层3的厚度与金属纤维厚度一致，第一耐磨层3和第一耐磨层3形成第一复合涂层，本实施例采用直线焊道，根据熔覆材料的结合性还可以选择W形的焊道(W形焊道通过使电极以一定振幅的恒速直线式方式摆动来实现，W形焊道可以降低熔覆对基材表面的稀释率，同时在一定程度上增强结合性和力学性能)；熔宽根据实际需要为5～30mm，周期为200mm，降低设备基材的稀释率，并减少耐磨熔覆层金属各向异性对力学性能的影响；熔覆完成后根据实际需要进行焊后表面处理，分区焊接降低了焊接过程中的热输入，金属纤维框架减小了焊后复合涂层的内应力和变形。
(8)在上述步骤完成后，根据实际需要，可以将第一复合涂层的表面打磨清理干净后，在第一复合涂层的表面上方错位或旋转一定角度后焊接第二金属纤维层4，并重复上述步骤(5)-(7)，熔覆第二耐磨层5，第二耐磨层5和第二金属纤维层4组成第二复合涂层，依此类推，还可以根据需要再制备多层复合涂层。
本实施例抗磨蚀复合涂层的制备方法在电弧熔覆前先在基板1上预焊由金属纤维搭接而成的金属网格，然后在金属网格内进行电弧熔覆，金属网格中的金属纤维一方面能够作为熔覆的耐磨层的内部增强结构，能够增强熔覆层与基板1的结合；另一方面，金属纤维选用韧性较好的材料，可以作为熔覆金属区域之间的缓冲层，缓解熔覆过程中的应力和工作过程中的冲击，改善脆性耐磨熔覆层的力学性能；再一方面，在熔覆过程中耐磨层中如果产生裂纹，裂纹延伸时会受到金属纤维的阻挡，从而抑制了裂纹的延伸带来的熔覆层易剥落的问题。
在本实施例中第一金属纤维层2和第二金属纤维层4采用横截面为矩形的金属纤维；在实际应用中，可以根据实际需要选择其他截面形状、尺寸和材料的金属纤维，如图2所示的圆柱状金属纤维22，还可以根据复合涂层的受力情况调整、优化金属纤维排列的方式，改变网格的形状和尺寸，并选择金属纤维与基板1合适的连接方式，也可以根据基板1表面材料的性质选择其他熔覆时的填充材料，或者选择复数层不同材料的复合涂层，制备复合材料复合涂层，以上简单变形均应落在本发明的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对待处理设备的表面进行清理，去除所述待处理设备表面的污物，如油污和氧化物，将清理后的所述待处理设备作为基板；
(2)对所述基板进行预热处理，然后在所述基板的表面焊接第一金属纤维层，所述第一金属纤维层包括若干个均与所述基板的表面焊接的第一金属纤维，所述第一金属纤维在所述基板的表面划分出若干个第一空隙区；
(3)在每个所述第一空隙区内电弧熔覆第一耐磨层，并使所述第一耐磨层的厚度与所述第一金属纤维层的厚度保持一致，所述第一耐磨层和所述第一金属纤维层组成第一复合涂层。
2.根据权利要求1所述的抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：还包括步骤(4)将所述第一复合涂层的表面打磨干净，并在所述第一复合涂层的表面焊接第二金属纤维层，所述第二金属纤维层包括若干个均与所述第一复合涂层的表面焊接的、且与所述第一金属纤维交错的第二金属纤维，所述第二金属纤维在所述第一复合涂层的表面划分出若干个第二空隙区；还包括步骤(5)在每个所述第二空隙区内电弧熔覆第二耐磨层，并使所述第二耐磨层的厚度与所述第二金属纤维层的厚度保持一致，所述第二耐磨层和所述第二金属纤维层组成第二复合涂层。
3.根据权利要求2所述的抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第一金属纤维层和所述第二金属纤维层均成网格状，所述第一金属纤维层中的网格即为所述第一空隙区，所述第二金属纤维层中的网格即为所述第二空隙区。
4.根据权利要求3所述的抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述第一金属纤维和所述第二金属纤维的横截面为圆形或矩形。
5.根据权利要求1所述的抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中对所述基板进行预热处理的温度为100℃～200℃。
6.根据权利要求1所述的抗磨蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中在每个所述第一空隙区内电弧熔覆第一耐磨层前，将所述第一空隙区内的区域进行温度为100℃～200℃的预热处理。
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