CN85103589B - 金属喷涂层的普通加热炉重熔工艺 - Google Patents
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Abstract
一种在大气中用普通加热炉对金属喷涂层进行重熔的工艺，是在炉熔处理前先在喷涂层上涂覆抗氧化金属层和高温涂料膜，使被覆盖的涂层处于伪真空状态。上述保护层膜在高温烧结下形成悬浮在液态金属上的一层壳，对于液态金属流失具有控制作用。即可以扩大能够重熔处理的合金种类和允许处理的涂层厚度，又可以有更高的处理温度并缩短时间，对炉腔温度分布均匀性要求低，对炉熔工艺的普及特别对大型工件涂层重熔提供一条经济有效的新途径。
Description
本发明属于表面硬化、金属喷涂层的炉熔处理工艺。
制备自熔合金的涂层通常需要经历喷涂、重熔二个阶段。重熔处理的目的在于消除涂层自身固有的气孔，使之致密化;同时又使涂层与基材达到钎焊性的结合。人们熟知的如镍基、钴基自熔合金，以及它们含碳化物颗粒的复合自熔合金涂层，由于在耐磨、耐蚀及抗高温氧化等方面有着优异的综合性能，因此，广泛地用于各种重要部件的表面强化（见参考文献〔1-2〕）。
涂层重熔加热通常是用火焰喷炬进行的，其它方式还有感应加热、炉内重熔以及新近开展的激光束重熔。（见参考文献〔3-5〕）。其中由于炉熔工艺不仅可以获得更高的热量输入，而且这种加热是均匀可控的。因此对于处理大型工件、形状复杂的、截面厚度不均的工件以及易加热变形的细长工件时，较其它重熔工艺有不可比拟的优点。（见参考文献〔4〕）。
进行炉熔处理实质上是对包括涂层在内的工件进行整体地加热，即是工件及其涂层处于同样的温度中。但是炉熔工艺与上述其它加热方式相比又存在着升温速度较慢，涂层及工件处在高温状态下的时间相对较长的缺点。因此对于多孔性的喷涂层来说，就需要克服在重熔完成之前涂层及其基材不得有过度氧化。所以，目前的炉熔工艺实际是在可控气氛炉或真空炉中进行的。
目前已知的炉熔处理温度一般选定在比涂层合金的固相熔点Ts高20～30℃范围。原则上不超过合金Ts～Te（液相熔点）温度区间三分之二处的温度。目的是控制在重熔时合金的液相比例不要太高。因为温度越高液态金属的粘度越低，涂层也就容易流失。此外，由于工件在炉内静置，整个涂层又是同时呈现液相，加上重熔过程难以观察，因此，重熔涂层的成型控制显得更加困难。也正是这种重熔时的涂层流失问题，使得同种合金在同样的涂覆部位其允许的涂层厚度比起其它工艺来要更严格的限制。总之，进行成功的炉熔处理就要保证工件各处的涂层均能达到一定的温度，又要控制涂层不得流失，特别是那些涂层带有垂直取向的工件。为此不得不对重熔炉的炉腔温度分布的均匀性提出了极为严苛的要求。例如真空炉重熔时要求真空度在10-2～10-3托，甚至10-4托以上，炉内温差不得超过±3℃。因此真空炉需要特殊的设计和昂贵的费用。这也正是目前炉熔工艺尚不能普及，更不能处理像大型水轮机那样的重要部件重要原因（见参考文献〔4-8〕）。
鉴于上述技术的缺点，本发明的任务是提出一种新的炉熔工艺，而且可以在大气中利用普通加热炉进行重熔处理。
本发明的原理是在重熔处理前，先在金属喷涂层表面涂覆抗氧化金属层和高温保护涂料膜。使得大气中的氧首先被保护膜所阻隔，少量渗入的氧则与抗氧化金属进行反应，从而生成一种氧化物。由于被氧化的金属通过生成氧化物而增加分子尺寸，实际上使这保护金属层更为致密。由于这种“自封闭”作用使得其覆盖的涂层与毗邻基体处于一种“伪真空”状态。
本发明的实施方法是在用任何一种热喷涂工艺沉积的自熔性合金和含碳化物复合自熔合金或其它类似的金属喷涂层的表面上涂覆一层铝，这一层称为抗氧化金属层。涂覆的方法可以是火焰线材喷涂等任何一种热喷涂工艺或其它适当的加涂方法，只要覆盖完整其厚度对工艺效果无明显影响。然后在上述抗氧化金属层的基础上再覆盖一层如氧化物陶瓷型的高温涂料或含有氧化物陶瓷型的其它混合涂料。经过上述保护处理的工件可以在通常热处理用的箱式炉、并式炉或其它适当的加热炉进行重熔处理。
需要指出的是根据本发明原理的保护层和膜不仅能使被其覆盖的涂层处于“伪真空”条件，而且它们自身在高温烧结下形成一层比重轻的能悬浮在液态金属上的壳层。这一壳层对于液态金属来说无疑具有牵制和固定作用。因此本发明方法与现有炉熔工艺相比具有下述优点：
1.更易于处理那些Ts-Te温度区间窄、液态粘度低的合金，这就扩大了能够处理的合金种类。
2.可以具有较高的处理温度，甚至可以在合金的Te熔点以上温度下进行处理。这可以缩短处理的时间。
3.对于特定的合金，在相同条件下，本发明方法可以处理更厚的涂层厚度。
4.降低了对加热炉炉腔温度均匀性的要求。
综上所述，本发明方法为涂层的炉熔处理特别是大型工件的处理提供一条经济、有效的新途径。
本发明实施例：
例1.A3钢基材上的一种镍基自熔合金，涂层合金成份及熔点见表1。涂层用火焰粉末喷涂工艺制备，厚度约2.0毫米接着更换铝粉在上述涂层基础上喷涂一层铝，然后再涂抹一层高温保护涂料，放置在1050℃的25千瓦的箱式炉内进行重熔处理。重熔后涂层与基体界面部位金相组织见照片（1）。
例2.A3钢基材上一种含50%重量百分比WC颗粒与例1相同的镍基复合自熔合金涂层。它是用等离子喷涂工艺制备，厚度约1.5毫米。铝层亦用等离子喷涂获得，然后抹一层高温涂料，放置在1060℃的25千瓦箱式炉内进行重熔处理，涂层金相组织见照片（2）。
参考文献
（1）“喷焊工艺及应用”摘自“焊接与金属制造”
27（2）1959 54-60
Burling Smith.W.J.
（2）“喷熔金属涂层”摘自“焊接与金属制造”
30（10）1962 398-406
Bell.G.R.
（3）“火焰喷涂层的激光重熔”摘自“焊接”
1978 57（12）29-32
Gary.C Irons
（4）“炉熔喷涂金属涂层”摘自“第八届国际热喷涂会议文集”
Bell.G.R.1976
（5）“真空炉重熔改善表面涂层”摘自“表面喷涂层工艺的进展伦敦国际会议”
P.F Walter，Ma and G.R.Bell
（6）“炉熔法制备、耐磨、耐蚀、镍基合金涂层”
摘自“固体薄膜”
O.Knotek，E.Lugsuheider and H.Reim-ann.
（7）“真空熔解镍硬合金表面层”摘自《金属》
1980年3月第三期228-232页
O.Knotek.H.Reimann and E.Lugscheider
（8）在炉内致密耐磨涂层时NiCrBSi母体-碳化物的反映摘自“国际第十届热喷涂会议”
O.Knotek，H，Reimann and P.Lohage.
| 成 份 %重量 | 熔点℃ | ||||||
| C | Si | B | Cr | Fe | Ni | Ts | Te |
| 0.72 0.84 | 3.5 4.2 | 3.0 3.8 | 13.0 16.0 | ＜5 | 余 | 949 | 1050 |
Claims (7)
1、一种在大气下对金属喷涂层进行炉内重熔的工艺，包括：
在基体上喷涂金属涂层，
在金属涂层上涂覆保护层，
将涂覆后的基体置于普通加热炉中于大气下重熔，
其特征在于保护层是由一层铝和一层高温涂料膜构成，并且高温涂料膜处于最外侧。
2、根据权利要求1的工艺，其中所说的金属喷涂层是自熔性合金或含碳化物的复合自熔合金层。
3、根据权利要求1的工艺，其中所说的高温涂料是氧化物陶瓷涂料或含有氧化物的陶瓷涂料。
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