CN1891860A - 一种零件表面熔覆层工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的一种零件表面熔覆层工艺方法，将自熔性合金粉末用粘接剂浸透后喷涂于零件的表面，能使自熔性合金粉末均匀地涂覆在金属机械零件表面，利用水槽清洗回收自熔性合金粉末，浪费小，利用率高。同时在喷涂前采用了除油、喷砂或预机加工处理，在熔覆后又采用了精加工工艺，使熔覆涂层加工后的零件表面质量均匀稳定，能够很好地满足使用性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种零件表面处理方法，尤其涉及一种零件表面熔覆层工艺方法。
背景技术
在机械制造领域，经常用在机械零件的表面加合金涂层的方法来提高机械零件的表面强度、表面耐磨性、表面硬度与搞腐蚀性。常用的方法是用激光、感应、等离子、氧-乙炔火焰与真空烧结等方法将自熔性合金粉末熔覆于金属机械零件表面。这些方法都需要事先在金属机械需件表面上做出自熔性合金粉末的预涂层，在制作预涂层过程中通常采用氧-乙炔火焰喷涂法、等离子喷涂法与超音速火焰喷涂法。这些方法均会造成合金粉末的巨大浪费，合金粉末的有效利用率仅为30～70％，而且这些方法制作的预涂层已经有烧蚀现象，对熔覆涂层的质量有不利影响。
这就需要有一种工艺方法，能使合金粉末均匀地涂覆在金属机械零件表面，同时浪费小，利用率高。熔覆涂层加工后的零件表面质量均匀稳定，能够很好地满足使用性能要求。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种零件表面熔覆层工艺方法。能使合金粉末均匀地涂覆在金属机械零件表面，同时浪费小，利用率高。熔覆涂层加工后的零件表面质量均匀稳定，能够很好地满足使用性能要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种零件表面熔覆层工艺方法，包括：
A、制作预涂层：将表面涂层材料制剂均匀涂于零件的表面；
B、干燥：通过自然干燥或烘干使面涂层材料制剂凝固；
C、熔覆涂层：将表面涂层材料制剂熔覆于零件表面。
所述的步骤A包括：
A1、制备表面涂层材料：用粘接剂浸透自熔性合金粉末，并分离出多余的粘接剂，制成表面涂层材料；
A2、涂覆表面涂层材料：将步骤A1制备的表面涂层材料喷涂于零件的表面；涂层的厚度控制在0.2mm～3mm。
所述的步骤A还包括：
A3、回收表面涂层材料：涂覆过程中在零件下方设有回收水槽，将未被涂在表面的表面涂层材料经水洗后分离出自熔性合金粉末。
所述的步骤A1中分离出多余的粘接剂的过程包括：
采用孔径小于自熔性合金粉末粒度的筛网过滤出多余的粘接剂。
所述的步骤B包括：
采用红外线照射同时热空气循环进行烘干，热空气温度200℃～300℃，烘干时间5秒～15分钟。
所述的步骤C包括：
电磁感应熔覆涂层：在零件表面距离表面设定的尺寸位置设置电磁感应线圈，采用电磁感应原理加热零件表面，将表面涂层材料熔覆于零件的表面；
或者，
采用激光、等离子、氧-乙炔火焰或真空烧结方法需说明具体方法
所述电磁感应熔覆涂层的主要工艺参数为：
距离零件表面设定的尺寸为1毫米～5毫米；
电磁振荡频率：200Hz～250Hz；
电磁振荡功率：100KW；
输出加热功率：85KW±5KW。
所述的零件表面熔覆层工艺方法，在步骤A前还包括：
D、零件表面喷砂：对零件表面采用射吸式或压力式喷砂，去除零件表面的金属氧化物与杂质，增加表面的附着力。
所述的零件表面熔覆层工艺方法，所述的步骤D应在步骤A前1小时内进行或完成步骤D后将其置于真空环境中防止其氧化。
所述的零件表面熔覆层工艺方法，在步骤A前还包括：
E、零件表面除油：通过碱性水溶液清洗或火焰烘烤的方法去除零件表面的油渍与污物；
所述采用碱性水溶液去除零件表面的油渍与污物的方法可用碱性水溶液对零件进行冲洗或浸泡，具体工艺参数为：
碱溶液配方重量百分比：氢氧化钠8‰～15‰、碳酸钠5‰～10‰、磷酸三钠5‰～10‰、十二烷基磺酸钠0.2‰～1‰、余量为水；
溶液温度：50℃～60℃；
浸泡时间：10分钟～30分钟；
或者，
所述采用火焰烘烤的方法可采用还原性氧-乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油渍分解；具体工艺参数可为：
火焰温度：6000℃～12000℃；
工件表面温度：小于500℃。
由以上方案可知，本发明所述的一种零件表面熔覆层工艺方法，将自熔性合金粉末用粘接剂浸透后喷涂于零件的表面，能使自熔性合金粉末均匀地涂覆在金属机械零件表面，利用水槽清洗回收自熔性合金粉末，浪费小，利用率高。同时在喷涂前采用了除油、喷砂或预机加工处理，在熔覆后又采用了精加工工艺，使熔覆涂层加工后的零件表面质量均匀稳定，能够很好地满足使用性能要求。
附图说明
图1为本发明所述的零件表面熔覆层工艺方法流程图一；
图2为本发明所述的零件表面熔覆层工艺方法的喷砂流程图；
图3为本发明所述的零件表面熔覆层工艺方法流程图二。
具体实施方式
本发明所述的一种零件表面熔覆层工艺方法的具体实施例如图1所示：
所述的零件表面熔覆层工艺方法，主要过程包括：
A、制作预涂层
这一过程是将表面涂层材料制剂均匀涂于零件的表面，一般包括：
A1、制备表面涂层材料：用粘接剂浸透自熔性合金粉末，并分离出多余的粘接剂，制成表面涂层材料；这里的分离方法是采用孔径小于自熔性合金粉末粒度的筛网过滤出多余的粘接剂。但是在实际的应用中的自熔性合金粉末的粒度均大于320目筛网的孔径，所以一般采用320筛网来过滤多余的粘接剂。
这里的粘接剂配方(重量百分比)为：
水玻璃(模数≥3) 10％～25％；
蜂蜜 0.1％～1％；
水 余量。
配方的优选配方是：
水玻璃(模数≥3) 12％～20％；
蜂蜜 0.2％～0.8％；
水 余量。
配方的最佳配方是：
水玻璃(模数≥3) 15％；
蜂蜜 0.4％；
水 余量。
按以上任一配方混合均匀就可以作为粘接剂使用。
A2、涂覆表面涂层材料：将步骤A1制备的表面涂层材料涂覆于零件的表面；涂层的厚度控制在在0.2mm～3mm。共有三种方法：
1、喷涂：利用压力喷涂的方法将表面涂层材料涂覆于零件表面。用压力气流将表面涂层材料打碎后喷射于零件表面。此方法适用于任何开关的零件。
2、对辊旋转式：利用辊子粘取表面涂层材料与零件相对旋转，将表面涂层材料均匀涂涂覆于零件表面。控制辊子与零件的间隙就可达到控制涂层厚度的目的。此方法适用于回转体的外壁或内壁。
3、柱塞挤压式：在柱塞前端设有表面涂层材料，柱塞向前旋转、挤压运动，将表面涂层材料覆于零件表面，柱塞与零件内表面的间隙就是涂层厚度。此方法适用于圆柱体的内壁。
A3、回收表面涂层材料：涂覆过程中在零件下方设有回收水槽，将未被涂在表面的表面涂层材料经水洗后分离出自熔性合金粉末。这里的分离方法是采用孔径小于自熔性合金粉末粒度的筛网过滤出自熔性合金粉末。但是在实际的应用中的自熔性合金粉末的粒度均大于320目筛网的孔径，所以一般采用320目筛网来过滤出自熔性合金粉末。
B、干燥
通过自然干燥或烘干使面涂层材料制剂凝固；多采用红外线照射同时热空气循环进行烘干，热空气温度200℃～300℃，烘干时间5秒～15分钟，一般要求小于等于10分钟。
C、熔覆涂层
将表面涂层材料制剂熔覆于零件表面。以电磁感应熔覆为例：在零件表面距离表面设定的尺寸位置设置电磁感应线圈，采用电磁感应原理加热零件表面，将表面涂层材料熔覆于零件的表面。
所述电磁感应熔覆涂层的主要工艺参数为：
距离零件表面设定的尺寸为1毫米～5毫米；
电磁振荡频率：200Hz～250Hz；
电磁振荡功率：100KW；
输出加热功率：85KW±5KW。
电源：三相交流电，电压380V，频率50Hz；
电源容量：180KW。
对于轴类零件使用的电磁感应线圈为单匝，可采用截面为圆形的圆铜管绕抽成，圆铜管的壁厚应大于熔覆涂层的厚度，一般采用1毫米～1.5毫米，外径为10毫米左右。
另外，这一过程可以采用熔覆机床来完成，熔覆机床是由主轴箱、水平移动的工作台和基座构成的卧式机床。主轴箱安装在水平移动的工作台上，水平移动的工作台在基座导轨上移动，主轴放置与工作台水平移动均采用步进电机控制。步进电机要求配备手动无级调速装置(可采用旋钮式)，主轴转速为2转/分钟～100转/分钟，工作台移动速度为0.5毫米/秒～12毫米/秒且要求无爬行现象。零件两端采用拉力牵引装卡。
为了增加零件表面的附着力，所述的零件表面熔覆层工艺方法，在步骤A前还可包括：
D、零件表面喷砂：对零件表面采用射吸式或压力式喷砂，去除零件表面的金属氧化物与杂质，增加表面的附着力。一般多采用压缩空气喷砂，当然也可以采用喷水砂。
喷砂的具体设备如图2所示：依次包括空压机、储气罐、油水分离器、喷砂枪与喷砂箱，其中：
空气压缩机：产生压缩空气，供气量在2立方米～3立方米，供气压力不小于0.7MPa；
储气罐：接空气压缩机，用于存储压缩空气，减小空气压力波动，推荐储气量大于空气压缩机半分钟的供气量；
油水分离器：接储气罐，冷凝与过滤双功能分离器，一般采用冷凝法除水，过滤法除油；
喷砂枪：接油水分离器，安装于喷砂箱中，将砂粒喷射至零件表面；
喷砂箱：零件设置于喷砂箱内，并做相应的运动，使喷砂均匀。
喷砂的工艺参数如下：
砂粒或磨料：棕刚玉；
压缩空气压力：0.5MPa～0.7MPa；
喷砂距离：100mm～300mm；
喷砂角度：60°～75°；
喷砂枪口径：φ6mm～φ15mm；
喷砂后所达到的工艺要求：
表面粗糙度：Ra4.5μm～12.5μm；
喷砂后表面外观为灰暗色，无光反射斑点或亮线。
另外，同于此工序的主要作用就是去除氧化层，喷砂后的零件表面很容易氧化，因此所述的步骤D应在步骤A前1小时内进行或完成步骤D后将其置于真空环境中防止其氧化。
因在机械加工过程中的机床设备、润滑液与冷却液中均含有油的成分，所以，在步骤A前还包括：
E、零件表面除油：去除表面的油渍，增强附着力。
零件表面除油有两种方法：
1、通过碱性水溶液清洗去除零件表面的油渍与污物；
所述采用碱性水溶液去除零件表面的油渍与污物的方法可用碱性水溶液对零件进行冲洗或浸泡，具体工艺参数为：
碱溶液配方重量百分比：
氢氧化钠8‰～15‰、碳酸钠5‰～10‰、磷酸三钠5‰～10‰、十二烷基磺酸钠0.2‰～1‰、余量为水；
这里的碱溶液配方推荐使用：氢氧化钠12g/l；碳酸钠8g/l；磷酸三钠7g/l；十二烷基磺酸钠0.5g/l的水溶液。
溶液温度：50℃～60℃；
浸泡时间：10分钟～30分钟；
2、所述采用火焰烘烤的方法可采用氧一乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油渍分解；具体工艺参数可为：
火焰温度：6000℃～12000℃；
工件表面温度：小于500℃。
烘烤时间：一般需在5秒到10分钟。
有时不方便考核火焰温度与烘烤时间时，可以根据经验判断其零件表面的油渍已经分解冒黑烟就可以了。
因一般进行零件表面熔覆涂层加工的场合，均是对零件的精度要求较高的情况，故在步骤A前还包括：
F、预机加工零件表面：采用机加工的方式去除零件表面层金属，达到要求的精度，同时也可去除较厚的氧化层或其它缺陷。
在有些情况下零件表面熔覆涂层后不能直接应用，还需要进行精加工，如图3所示精加工在步骤C后：
G、熔覆后精加工：采用磨削、研磨和或珩磨对熔覆后的零件表面进行精加工。
在实际应用中采用磨削的方式比较普遍，下面举两例：
例1：选用碳化硅砂轮
选用大气孔中软硬度(绿色？)碳化硅砂轮，具体工艺参数如下：
组织号：12或13；
磨料粒度：46#；
结合剂：陶瓷；
砂轮线速度：v＝35米/秒；
工件速度：v工件，v工件满足：v/v工件＝60～150；
纵向进给量：fL＝0.2～0.8Bt；Bt为砂轮宽度；
横向进给量：fC＝0.005mm，按照少进给，勤进给的原则；
冷却液：乳化液。
例2、选用人选金刚石砂轮
具体工艺参数如下：
磨料粒度：粗磨：60#或80#；
半精磨：100#、120#或150#；
精磨：180#或240#；
结合剂：树脂；
金刚石浓度：75％；
砂轮线速度：v＝35米/秒；选用上海砂轮厂TRc80#ST5；
工件速度：v工件，v工件满足：v/v工件＝60～150；
纵向进给量：fL＝0.2～0.8Bt；Bt为砂轮宽度；
横向进给量：往复行程fC＝0.004mm～0.01mm，选择100#或150#砂轮；
砂轮表面切削温度：小于200℃；
冷却液：煤油或柴油。
当然在机械加工领域，在完成加工后检验的工序是必不可少的。
以上所述本发明的具体实施方式，仅为本发明较佳的具体实施方式与有代表性的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1、一种零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，包括：
A、制作预涂层：将表面涂层材料制剂均匀涂于零件的表面；
B、干燥：通过自然干燥或烘干使面涂层材料制剂凝固；
C、熔覆涂层：将表面涂层材料制剂熔覆于零件表面。
2、根据权利要求1所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤A包括：
A1、制备表面涂层材料：用粘接剂浸透自熔性合金粉末，并分离出多余的粘接剂，制成表面涂层材料；
A2、涂覆表面涂层材料：将步骤A1制备的表面涂层材料喷涂于零件的表面；涂层的厚度控制在0.2mm～3mm。
3、根据权利要求1或2所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：
A3、回收表面涂层材料：涂覆过程中在零件下方设有回收水槽，将未被涂在表面的表面涂层材料经水洗后分离出自熔性合金粉末。
4、根据权利要求1所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤A1中分离出多余的粘接剂的过程包括：
采用孔径小于自熔性合金粉末粒度的筛网过滤出多余的粘接剂。
5、根据权利要求1所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤B包括：
采用红外线照射同时热空气循环进行烘干，热空气温度200℃～300℃，烘干时间5秒～15分钟。
6、根据权利要求1所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤C包括：
电磁感应熔覆涂层：在零件表面距离表面设定的尺寸位置设置电磁感应线圈，采用电磁感应原理加热零件表面，将表面涂层材料熔覆于零件的表面；
或者，
采用激光、等离子、氧-乙炔火焰或真空烧结方法需说明具体方法
7、根据权利要求6所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述电磁感应熔覆涂层的主要工艺参数为：
距离零件表面设定的尺寸为1毫米～5毫米；
电磁振荡频率：200Hz～250Hz；
电磁振荡功率：100KW；
输出加热功率：85KW±5KW。
8、根据权利要求1所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，在步骤A前还包括：
D、零件表面喷砂：对零件表面采用射吸式或压力式喷砂，去除零件表面的金属氧化物与杂质，增加表面的附着力。
9、根据权利要求8所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，所述的步骤D应在步骤A前1小时内进行或完成步骤D后将其置于真空环境中防止其氧化。
10、根据权利要求1或8所述的零件表面熔覆层工艺方法，其特征在于，在步骤A前还包括：
E、零件表面除油：通过碱性水溶液清洗或火焰烘烤的方法去除零件表面的油渍与污物；
所述采用碱性水溶液去除零件表面的油渍与污物的方法可用碱性水溶液对零件进行冲洗或浸泡，具体工艺参数为：
碱溶液配方重量百分比：
氢氧化钠 8‰～15‰、碳酸钠 5‰～10‰、磷酸三钠 5‰～10‰、十二烷基磺酸钠 0.2‰～1‰、余量为水；
溶液温度：50℃～60℃；
浸泡时间：10分钟～30分钟；
或者，
所述采用火焰烘烤的方法可采用还原性氧－乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油渍分解；具体工艺参数可为：
火焰温度：6000℃～12000℃；
工件表面温度：小于500℃。
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