CN112303124A - 一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层及其制备工艺，采用热喷涂的方式，在底瓦上制备厚度为150～500μm的连接涂层，所述的连接涂层为纯度≥99.5％的铜。具体步骤包括：①对底瓦表面进行除油去污；②喷砂毛化；③喷涂铜丝或铜粉，形成具有一定厚度的连接涂层。本发明制备的连接涂层，能够保证后续浇铸工艺的质量，提高巴氏合金与底瓦之间的结合强度。相比于目前常用的挂锡工艺，本发明具有低成本、低能耗、无污染、操作简单等一系列显著优势。

Description

一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层及其制备工艺，属于涂层技术领域。
背景技术
工程实践中，通常将巴氏合金浇铸在轴瓦上，利用其优异的减摩性能，以达到减少磨损的目的。巴氏合金是一种在软相基体上均匀分布着硬相质点的低熔点轴承合金。与其它轴承材料相比，巴氏合金具有更好的适应性和压入性，同时具有减摩特性，使其广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、交流发电机，以及其它矿山机械和大型旋转机械等。轴瓦也称滑动轴承，直接与轴相配合使用。巴氏合金耐磨层与底瓦的结合方法有3种：轧制、焊接和浇铸，其中以浇铸应用最为普遍。为了充分发挥巴氏合金的优异的耐磨、减摩性能，必须首先保证巴氏合金层能够牢固地附着在底瓦内表面。巴氏合金的浇铸质量对轴瓦的性能及寿命起着决定性的作用。一般采用在底瓦表面上预制一个挂锡层，再浇铸巴氏合金的方法，挂锡层作为过渡层，能够有效改善巴氏合金层与底瓦的结合质量。因此制备挂锡层就成了巴氏合金浇铸过程中一个关键环节。
然而，工业生产中轴瓦挂锡过程存在着一系列问题：方法陈旧简陋，过程难以控制，对操作人员经验与水平要求较高；工件预热、锡液需要较高温度，能耗高；熔炼温度、挂锡层厚度及均匀性难以控制，严重影响后续浇铸质量；挂锡形成的金属化合物硬而脆，如不能完全渗入到巴氏合金及底瓦的接合表面层里去，则会影响它们的结合质量；氯化锌等有毒、腐蚀性物质的使用对环境、设备都具有危害性。
发明内容
本发明的旨在提供一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层及其制备工艺，用于轴瓦制造、修复环节中，实现节能、环保、低成本生产。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层，采用热喷涂的方式，在底瓦上制备厚度为150～500μm的连接涂层，以提高巴氏合金与底瓦之间的浇铸质量和结合强度；所述的连接涂层为纯度≥99.5％的铜。
上述技术方案中，进一步地，所述底瓦的材质种类为：铜合金、铝合金或钢铁。
进一步地，所述的热喷涂为超音速火焰喷涂或超音速电弧喷涂。
进一步地，所述的连接涂层的原材料选用纯度≥99.5％的纯铜丝或铜粉。
本发明还提供一种一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层的制备工艺，主要包括下述步骤：
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁，采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修修复表面及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面油污、粉尘等污染物；
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理；
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0.15～0.60MPa，喷砂距离30～150mm，喷砂后表面粗糙度达到Ra6.0～10.0μm；
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃；
②喷涂工艺参数：
超音速火焰喷涂：煤油流量：15～25L/h，氧气流量：650～850L/min，氮气流量：8～12L/min，送粉速度：30～85g/min，喷涂距离：300-400mm，喷涂速度：300～800mm/s；
超音速电弧喷涂：空气压力0.4～0.7MPa，电压30～40V，电流140～290A，喷涂距离：70～250mm，喷涂速度：400～1000mm/s；
③涂层厚度：150～500μm。
所述的Al2O3为白刚玉或棕刚玉。
在本发明制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比≥95％。而采用目前常用的挂锡工艺，在浇铸巴氏合金后，巴氏合金与基体之间结合面积占比仅为20～30％。由此可见，采用本发明所制备的连接涂层能够显著提升浇铸巴氏合金的结合性能。
本发明的有益效果在于：
本发明的连接涂层能够保证后续浇铸工艺的质量，提高巴氏合金与底瓦之间的结合强度。采用本发明的制备工艺，可以非常方便地得到一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层。本发明的制备工艺高效清洁，具有低成本、低能耗、无污染、操作简单等一系列显著优势，可有效避免现有工业生产中轴瓦挂锡过程中存在的一系列问题。
本发明中采用纯度≥99.5％的铜制备连接涂层，是通过长期的工程实践探索的得出的。实践表明相比于其他元素，以纯铜作为连接涂层能够有效改善浇铸巴氏合金的浇铸质量，提高其结合强度。之所以选用纯度≥99.5％的铜材料，是因为若是纯度太低，则连接涂层中的杂质元素较多，影响后续浇铸工艺的质量；若是纯度太高，则失去了工程意义上的经济性和实用性。因此，综合考虑，最终选用采用纯度≥99.5％的铜制备连接涂层。
本发明将连接涂层的厚度限定为150～500μm，是由于若是连接涂层厚度太小，则难以隔绝基体材料中的其他元素在巴氏合金浇铸过程中向界面扩散，从而影响浇铸质量。另一方面，若是连接涂层太厚，则由于自身内应力随之增大，连接涂层与基体间结合强度减弱，甚至出现局部剥落。因此，厚度为150～500μm的连接涂层，既能够起到良好的隔绝作用，又能够保证与基体间的高结合力，从而实现高质量的巴氏合金浇铸。
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
底瓦材质：铝镍青铜(CuAl10Fe5Ni5)。
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁。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3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理。
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目的白刚玉磨粒和干燥的压缩空气，压力0.30MPa，喷砂距离100mm，喷砂后表面粗糙度＞Ra6.0μm。
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃。
②喷涂工艺参数：
使用纯铜丝作为原材料。
超音速电弧喷涂：空气压力0.5MPa，电压36V，电流200A，喷涂距离：100mm，喷涂速度：700mm/s。
③涂层厚度：300μm。
在本实施例制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比95％。
实施例2
底瓦材质：铝合金(AlSn6Cu)。
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁。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3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理。
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目的白刚玉磨粒和干燥的压缩空气，压力0.25MPa，喷砂距离120mm，喷砂后表面粗糙度＞Ra6.0μm。
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃。
②喷涂工艺参数：
使用纯铜丝作为原材料。
超音速电弧喷涂：空气压力0.5MPa，电压38V，电流220A，喷涂距离：110mm，喷涂速度：800mm/s。
③涂层厚度：200μm。
在本实施例制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比96％。
实施例3
底瓦材质：钢铁(45#)。
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁。采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修复表面及周边涂层表面，擦拭2遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理。
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目的棕刚玉磨粒和干燥的压缩空气，压力0.40MPa，喷砂距离150mm，喷砂后表面粗糙度＞Ra6.0μm。
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃。
②喷涂工艺参数：
使用纯铜粉作为原材料。
超音速火焰喷涂：煤油流量：20L/h，氧气流量：750L/min，氮气流量：10L/min，送粉速度：55g/min，喷涂距离：350mm，喷涂速度：600mm/s。
③涂层厚度：250μm。
在本实施例制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比95％。
对比实例1
底瓦材质：铝镍青铜(CuAl10Fe5Ni5)。
涂层材料：CuZn30。
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁。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3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理。
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目的白刚玉磨粒和干燥的压缩空气，压力0.30MPa，喷砂距离100mm，喷砂后表面粗糙度＞Ra6.0μm。
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃。
②喷涂工艺参数：
超音速电弧喷涂：空气压力0.5MPa，电压36V，电流200A，喷涂距离：100mm，喷涂速度：700mm/s。
③涂层厚度：300μm。
在本实施例制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比55％。
对比例2
底瓦材质：铝镍青铜(CuAl10Fe5Ni5)。
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁。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3遍，去除表面油污、粉尘等污染物。
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理。
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目的白刚玉磨粒和干燥的压缩空气，压力0.30MPa，喷砂距离100mm，喷砂后表面粗糙度＞Ra6.0μm。
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃。
②喷涂工艺参数：
使用纯铜丝作为原材料。
超音速电弧喷涂：空气压力0.5MPa，电压36V，电流200A，喷涂距离：100mm，喷涂速度：700mm/s。
③涂层厚度：100μm。
在本实施例制备的连接涂层上浇铸巴氏合金后，经无损探伤检测，巴氏合金层与连接涂层之间结合面积占比42％。

Claims (6)

1.一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层，其特征在于，采用热喷涂的方式，在底瓦上制备厚度为150～500μm的连接涂层，所述的连接涂层为纯度≥99.5％的铜。
2.根据权利要求1所述的用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层，其特征在于，所述底瓦的材质种类为：铜合金、铝合金或钢铁。
3.根据权利要求1所述的用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层，其特征在于，所述的热喷涂为超音速火焰喷涂或超音速电弧喷涂。
4.根据权利要求1所述的用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层，其特征在于，所述的连接涂层的原材料选用纯度≥99.5％的纯铜丝或铜粉。
5.根据权利要求1所述的一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层的制备工艺，其特征在于，包括下述步骤：
(1)除油去污
对底瓦的待修复表面进行除油、清洁，采用无水乙醇擦拭的方式清洁待修复表面及周边涂层表面，擦拭2～3遍，去除表面污染物；
(2)喷砂毛化
使用遮蔽胶带对喷砂范围以外有可能喷到的部位进行防护处理；
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0.15～0.60MPa，喷砂距离30～150mm，喷砂后表面粗糙度达到Ra6.0～10.0μm；
(4)喷涂
①使用火焰预热工件，预热温度≥50℃；
②喷涂工艺参数：
超音速火焰喷涂：煤油流量：15～25L/h，氧气流量：650～850L/min，氮气流量：8～12L/min，送粉速度：30～85g/min，喷涂距离：300-400mm，喷涂速度：300～800mm/s；
超音速电弧喷涂：空气压力0.4～0.7MPa，电压30～40V，电流140～290A，喷涂距离：70～250mm，喷涂速度：400～1000mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种用于轴瓦浇铸巴氏合金的连接涂层的制备工艺，所述的Al2O3为白刚玉或棕刚玉。
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