CN87104702A - 在长零件上获得涂层的方法 - Google Patents

Abstract

在长零件上获得涂层的方法在于，在零件(1)的表面上涂敷涂层材料(2)。将带涂层(2)的零件(1)放入粉末耐火材料(4)中，把粉末耐火材料(4)压实以固定零件(1)并将涂层(2)在该耐火材料中熔化。然后，在涂层(2)熔化的温度下将零件(1)保持到在涂层(2)的材料与零件(1)的材料之间形成中间扩散带。在粉末耐火材料(4)中冷却到涂层材料(2)结晶。

Description

本发明涉及材料的非机械加工，更具体地说，涉及在长另件上获得涂层的方法。

本发明可有效地应用于在形状复杂的长薄壁形另件上获得涂层。

本发明所述在长另件上获得涂层的方法，既可应用于加工各种形状和尺寸的另件，又可应用于修复这些另件的磨损部分并同时获得给定的特性（磨擦特性，抗磨擦特性，耐腐蚀性，高温稳定性和耐热性）。

已知一种获得涂层的方法（参见A.B.ASPa    WNW《自熔硬质合金精密磨擦副硬化过程的研究》，研究报告，布良运输机械制造研究所，1977，P.P84～93）。

这种已知的获得涂层的方法，首先是在用生铁或钢制成的另件上进行喷涂，亦即用气体热喷涂的方法，涂层的材料由粉末状自熔合金Ni-B-Si（镍-硼-硅）和由Cr，B，W（铬，硼，钨）等的碳化物制成的硬化添加剂组成。

为了提高涂层材料和另件材料的结合强度，通过将带有涂层的另件浸入加热到比涂层材料的熔化温度至少高出50℃的熔融的盐（例如钡盐中），使其加热到涂层熔化的温度，再在这个温度下保持1～3分钟，然后将另件从浴槽中取出并冷却。

将带有涂层的另件浸入熔融的盐中能使涂层熔化，与喷涂状态相比，能够提高涂层的致密性，增加涂层与另件的结合强度。

将另件冷却到室温以后，从其表面上除去盐的渣壳。如果盐的渣壳清除不干净，在没有涂层保护的那部分另件表面就会产生晶粒间的腐蚀现象。

在实施这种已知的获得涂层的方法时，为了熔化另件上的涂层，不可能沿另件的整个长度将其牢靠地固定，特别是长另件和形状复杂的另件。

在另件的加热过程中，这常常会导致其弯曲。将带涂层的另件在空气中冷却时，由于排热不均匀，特别是对于那些形状复杂的另件，也会使另件弯曲。

在这种情况下，加工过程和使用中积蓄在另件中的应力，会使另件弯曲及变形。

当将带涂层的另件保持在熔融的盐中时，很难确定必需的静置时间-即用于使涂层完全熔化所必需的时间。

如果带涂层的另件在熔融的盐中静置时间不足，就会使涂层材料不能完全熔化，亦即不能使涂层的整个厚度熔化;而如果静置的时间大于最佳时间，则会导致被熔融涂层部分物质的漫流。

当在横截面变化形状复杂的另件表面涂敷涂层时，往往出现在带涂层另件的整个体积范围内不均匀加热的现象，从而导致熔化和随后在空气中冷却的过程中另件的弯曲。这种情况下，在另件截面变化的部位，涂层材料中可能会出现裂纹，就会降低涂层的使用性能，并且会由于截面较小部位的过热而使形成的涂层厚度不均匀。

在没有被涂层完全复盖的另件表面上，在涂层熔化的过程中，那些未被涂层保护的另件部位会由于跟熔融盐的相互作用而遭到腐蚀。在残余的盐从未复盖涂层的另件表面没完全消除的情况下，另件在空气中冷却以后，晶粒间的腐蚀现象就会增强。

本发明的任务在于创造一种在长另件上获得涂层的方法，这种方法能保证获得高质量的涂层而使形状复杂的长另件不致变形。

此任务的解决手段是，长另件上获得涂层的方法在于另件的表面上敷上涂层，将涂层加热到熔化的温度，然后冷却。根据本发明，在涂层熔化之前先将另件放入粉末状的耐火材料中，把耐火材料压实以使另件固定，就在这个耐火材料中使涂层熔化，然后将另件保持在使涂层熔化的温度下，直到在涂层材料与另件材料之间生成中间扩散带，而后在粉末耐火材料中进行冷却，直到涂层材料结晶。

由于是将另件放入压实的粉末耐火材料中，于是就用最容易达到和最便宜的手段将带涂层的另件可靠地固定住。任何形状的另件和不论涂层的材料如何，都能用粉末耐火材料可靠地固定。这是由于压实的粉末耐火材料即使在另件上有空穴及各种凸凹部分的情况下，也能够沿另件整个表面紧密地贴合。

用这种方法固定的带有涂层的另件，在加热到涂层熔化的过程中不会弯曲。在这种情况下，制造和在先的使用过程中另件内积存的应力，会均匀地分布在另件的整个体积范围内，不会引起另件的变形。

由于带涂层的另件是在使涂层熔化的温度下保持在固定状态的，于是就产生熔融的涂层与另件表面的相互作用而形成中间扩散带。

涂层材料与另件材料之间中间扩散带的存在，保证了涂层与另件表面牢固地结合;由于涂层材料与另件材料之间物理机械性能的平稳变化，保证了带涂层的另件有很高的使用性能。

在实施所推荐的在长另件上获得涂层的方法时，可以将带有熔化了的涂层的另件保持更长的时间而不致使涂层漫流，这是因为粉末耐火材料紧密地贴向带涂层的另件，能阻止涂层漫流。在这种情况下，另件也不会弯曲。

当涂层在粉末耐火材料中熔化以后，将带涂层的另件冷却到使涂层材料结晶的温度，就能得到厚度均匀的涂层而没有凸瘤和气泡。

将带有熔化了的涂层的另件从粉末耐火材料中取出以后，另件上没有涂层保护的那些部位不会发生腐蚀现象。

建议采用一种粉末耐火材料，它是带不同细度的两种组分的混合物：占总量60～90%细度为0.1～0.7mm的粉末和占总量40～10%细度为0.01～0.05mm的粉末。

采用上述由不同细度的两种组分的混合物构成的粉末耐火材料，可以将粉末状材料压实到预定的程度，就有可能更可靠地固定带涂层的另件。

当粉末粒子的细度为0.1～0.7mm，其在粉末耐火材料中的含量小于总量的60%时，就难以在整个体积上将粉末耐火材料压实。

当上述粉末粒子在粉末耐火材料中的含量超过90%时，带涂层另件在涂层熔化之前固定的可靠性就会降低。

在粉末粒子的细度小于0.1mm并占总量的60～90%的情况下，由于粒子趋向于自然粘合，所以在整个体积上将粉末耐火材料压实就会有困难。

当粉末粒子的细度大于0.7mm并占总量的60～90%时，带有涂层的另件固定的可靠性就要降低，同时降低涂层厚度的均匀性，涂层的粗糙度加剧，而为了消除这种粗糙度就需要附加的机械加工。

当粉末粒子的细度为0.01～0.05mm并不超过总量的10%时，在粉末耐火材料整个体积上不能作到最大限度的压实，这是因为大粒子间空穴的体积大于小粒子的体积。

当粉末粒子的细度为0.01～0.05mm并高于总量的40%时，由于粒子趋向于自然粘合，粉末耐火材料难以均匀地压实。

当粉末粒子的细度大于0.05mm并占总量的40～10%时，由于大量孔隙的存在，不能作到粉末耐火材料最大限度地压实，因为不是所有大粒子间的空穴都被填满。

当粒子的细度小于0.01mm并占总量的40～10%时，粉末耐火材料均匀压实的可能性急剧下降，粒子自然粘合的趋向加大，难以保持以给定的细度比例构成的混合物的成分。这是因为小的粒子变为悬浮状态而形成尘雾。

最好采用由石英砂、粉末耐火土和锆的精砂组成的材料作为粉末耐火材料。

上述材料在自然界中分布广泛，大量应用于现代工业中，易得且便宜，况且它们还具有很高的耐热性。

此外，这些材料可以在生产中多次应用。上述耐火材料的松散特性能将它们以最初的高密度进行充填。这在涂层熔化过程中能促使另件可靠地固定。

粉末耐火材料最好压实到1.65～2.8克/厘米³的密度。

对于所选的这样一组材料：石英砂、粉末耐火土、锆的精砂来说，将它压实到上述范围的密度是最合适的。这样就能以最可靠的程度将带涂层的另件固定住。

如果粉末压实的密度低于1.65克/厘米³，则带涂层的另件固定的可靠性就会降低。此外，在将另件加热到涂层熔化温度的过程中会加剧另件的弯曲，并使压实的粉末耐火材料将熔融的涂层材料保持不漫流的能力降低。

将粉末耐火材料压实到高于2.8克/厘米³的密度，在实践中难以实现，况且还会导致过多的能量消耗。

在采用其它的粉末耐火材料时，密度值会有所不同。

粉末耐火材料最好采用振动的方法以6～8赫的频率进行压实。

当粉末耐火材料采用上述一组材料时，用上述的振动频率范围将它压实，带涂层的另件就能可靠地固定住。

当用低于6赫的频率压实耐火材料时，就会降低压实过程的生产率。

当用高于8赫的频率进行压实的时候，由于在粉末耐火材料中有使机械振动衰减的趋势，会降低压实的效果。这会使压实的过程延长并使粉末耐火材料固定带涂层另件的能力降低。

因此，根据本发明所实施的在长另件上获得涂层的方法，能够确保在形状复杂的另件，特别是长另件上获得高质量的涂层。

在实施所提出的获得涂层的方法时，另件不会变形，也不会弯曲，尤其是长另件和薄壁另件。在这种情况下能够得到给定厚度的涂层，此后只需稍微进行机械加工。涂层材料和另件材料的结合强度，实际等于铝铸件的断裂强度。

上面提出的在长另件上获得涂层的方法，实施起来相当简单，不需要采用复杂的设备和稀缺的材料。

参照附图，通过研究具体的实施例，本发明的上述特征和其它优点将会看得很清楚。附图中绘有盛料的容器，为了实施本发明在长另件上获得涂层的方法，将带涂层的另件放在该容器内，并用粉末耐火材料将容器填满。

根据本发明所实施的在长另件上获得涂层的方法，为简便起见，在下面的文字叙述中将采用“所推荐的方法”。

所推荐的方法以下述方式实施。

将需进行喷涂的长另件准备好，亦即，准备进行喷涂的表面先进行粗机械加工，以清除氧化层并产生能改善涂层和另件间结合情况的细微的粗糙表面。

此后将另件1安置到任何已知结构的转动机构中（图中未示出），并用热喷涂的方法进行涂敷，使涂层2具有给定的厚度和形状，在所述情况下是用气体火焰进行热喷涂，对于中等程度的专业人员来说，这种方法是熟知的。

然后将带有涂层2的另件1沿着垂直的纵向几何轴3a放入杯形容器3中，使另件1的下部与容器3的内底面保持一段距离，而另件1的外侧表面相对于容器3的内侧表面留有空隙。

在另件1的外表面和容器3壁的内表面之间的空隙中填满粉末耐火材料4，为了支撑另件1，在容器3的底部预先撒上一部分粉末耐火材料。

压实材料4，以便将另件1固定。

然后，将装有被压实的材料4固定好的另件1的容器3放入用于此目的任何已知结构的炉中（图中未示出）。也可以采用其它的加热方法，例如用感应器加热。

在炉中，将容器3、带涂层2的另件1和材料4加热到使涂层2的材料熔化。

在这之后将另件1保持在让涂层熔化的温度，以便在涂层材料2和另件材料1之间生成中间扩散带，保持的时间长短由实验确定。

扩散带的形成是通过涂层材料2和另件材料1的相向渗透，并且是一个中间材料层，它具有介于涂层材料2和另件材料1的性质之间的中间物理机械性质。这个扩散带的存在，保证了涂层2和另件1有很高的结合强度以及使涂层具有高的工作效率。

当保持时间结束以后，就将装有另件1和材料4的容器3冷却到涂层材料2结晶。

因此，涂层2的给定形状会保持在另件1上。

当另件1冷却到室温以后，将容器3翻转，在倒出材料4的同时将另件1取出。

然后将另件1进行机械加工，直到获得所需的尺寸。

用具体的例子对上述过程进行说明。

例一、

另件1是由高强度生铁制成的分配轴，当轴的表面用上述方法制备好以后，用气体火焰喷涂的方法在其表面上涂敷涂层2，涂层2是由大家都知道的铬化硼“KOAMOHa”型合金组成。

继之将轴1放入容器3中，在容器3中撒上石英砂4，这是一种具有不同细度的两种组分的混合物：占总量60%的细度为0.2mm的粉末和占总量40%的细度为0.01mm的粉末。

在这之后，用频率为6赫的振动将石英砂压实到密度为1.65克/厘米³。

将装有分配轴1的容器3（该分配轴是用压实的石英砂固定的）放入炉中并加热到使涂层2熔化。

然后将轴1保持在1100℃的熔化温度下，并冷却到涂层材料结晶，如上所述。

当冷却到室温以后，从容器3中取出轴1并对它进行最后的机械加工。

例二、

由高强度生铁制成的分配轴1，在它的表面制备好并且涂敷上涂层以后，按上所述放入容器3中。

在这之后，在容器3中撒上粉末耐火材料4，亦即带粉末耐火土添加剂的石英砂，此粉末耐火材料4是一种具有不同细度的两种组分的混合物：占总量80%的细度为0.1mm的粉末和占总量20%的细度为0.03mm的粉末。用频率为7赫的振动方法将粉末耐火材料压实到1.8克/厘米³的密度。

继之将带涂层2的轴1放入炉中加热到使涂层2熔化，并保持在1100℃的温度下，此后将轴1冷却到涂层2结晶。

当冷却到室温以后，将轴1从容器3中取出并进行最后的机械加工。

例三、

如前所述，将带有涂层2和由高强度生铁制成的分配轴1放入容器3中。

为了将轴1固定，在容器3中撒上粉末耐火材料4，亦即锆的精砂4，这是一种具有不同细度的两种组分的混合物;占总量90%的细度为0.7mm的粉末和占总量10%的细度为0.05mm的粉末。

当锆的精砂以8赫的振动频率压实到2.8克/厘米³的密度以后，在炉中将涂层2的材料熔化，并保持在1100℃的温度下，之后冷却到涂层2结晶。

在冷却到室温以后，将轴1从容器3中取出并进行最后的机械加工。

当实施所推荐的在长另件上获得涂层的方法时，能够获得高密度的、厚度均匀的涂层，其结构强度大于200MPa（兆帕斯卡）。

在涂层熔化以后，另件的几何变形在1200mm的长度上为0.1～0.3mm。

这些带涂层的另件，经试验证明具有很高的可靠性和增大的使用寿命。

根据所推荐的获得涂层的方法，能够容易而简单地获得用于各种目的的、与另件结合可靠的涂层：可提高耐磨性，防腐蚀性，硬化，获得磨擦和抗磨擦性能等等。

在实施所推荐的获得涂层的方法时，不需要使用昂贵的专用设备。

Claims (5)

1、一种在长另件上获得涂层的方法在于，在另件(1)的表面上涂敷涂层材料(2)，将涂层(2)加热到熔化，然后冷却，其特征在于：在涂层(2)熔化之前先将另件(1)放入粉末耐火材料(4)中，将粉末耐火材料压实以固定另件(1)，并在其中将涂层(2)熔化，然后在涂层(2)熔化的温度下将另件(1)保持，直到在涂层材料(2)和另件材料(1)之间形成中间扩散带，再在粉末耐火材料(4)中冷却到涂层材料(2)结晶。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用粉末耐火材料，这是一种具有不同细度的两种组分的混合物：占总量60～90%的细度为0.1～0.7mm的粉末和占总量40～10%的细度为0.01～0.05mm的粉末。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用由包含石英砂、粉末耐火土、锆的精砂所构成的材料作为粉末耐火材料。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将粉末耐火材料压实到1.65～2.8克/厘米³的密度。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于用振动的方法，以6～8赫的频率将粉末耐火材料压实。

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