CN102251210B

CN102251210B - 聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的新工艺

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Publication number: CN102251210B
Application number: CN201110211824XA
Authority: CN
Inventors: 李如江; 刘晓红; 高永宏; 张晋红; 刘迎彬; 刘天生
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-07-27
Also published as: CN102251210A

Abstract

本发明为一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的新工艺，解决了常规聚能装药***喷涂工艺存在待喷工件易成坑、涂层不均匀、喷涂面积小等缺点。本工艺首先压制密度为1.3~1.6g/cm³、聚能穴锥角为40°~60°的聚能装药，接着将质量为聚能装药质量10~30%、密度为2~3g/cm³的WC和Co混合粉末填装在聚能穴顶部并用薄膜固定，然后将聚能装药设于工件上方200~400mm处，并在聚能装药和工件的整体外部套设一个充有惰性气体的保护罩，最后引爆聚能装药，完成对工件的喷涂。本工艺喷制的涂层具有表面均匀、面积大、孔隙率低、硬质耐磨等优点，此外本发明工艺简单，无需大型作业设备，适于工业化喷涂生产。

Description

聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的新工艺

技术领域

本发明涉及喷涂技术领域，特别是一种***喷涂，具体为一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺。

背景技术

在现代工业中，很多机械零部件往往在高速、高温、高压、高腐蚀性等环境下工作，从而使其表面出现磨损、损耗、腐蚀的问题，造成零部件或整个设备的故障。因此，研究人员积极开发有效的表面改性技术，针对不同情况施以最佳的改性手段，达到延长设备的使用寿命、降低成本的目的。

热喷涂技术作为材料表面处理的一种基本方法，最早出现在20世纪早期的瑞士，随后在前苏联、德国、日本、美国等国得到了不断的发展，各种热喷涂设备的研制、新的热喷涂材料的开发及新技术的应用，使热喷涂涂层质量不断得到提高，并开拓了新的应用领域。随着我国经济的快速增长，热喷涂技术的市场将越来越大，热喷涂的新理论、新技术、新方法、新设备等的发展进步成为迫切的需求。按喷涂方法和材料的不同，现有热喷涂技术可以简明分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂(HVAF)和***喷涂等五大类。

其中，***喷涂技术的实质是利用脉冲式气体***的能量将被喷涂的粉末材料加热加速轰击到工作表面后形成坚固涂层，***喷涂相对于其他喷涂技术具有以下优点：（1）喷涂层的结合强度高、孔隙率低，涂层组织不是传统的分层结构，而是一个整体。（2）同样成分的涂层，***喷涂形成的涂层硬度高于其他方法形成的涂层。（3）***喷涂过程瞬间完成，即使在大气中进行，涂层的氧化也很少。

在上世纪末，Gromilov和Kinelovskii等人首次报导了将聚能装药用于***喷涂处理金属表面，该方法是先将W粉和C粉混合制成喷涂粉末，然后将喷涂粉末装入两层纸内制成药型罩，并将该药型罩贴设于聚能装药的聚能穴内壁上，接着将聚能装药置于工件正上方，最后引爆聚能装药，在***冲击波的作用下，喷涂粉末形成高速的WC粒子束撞击工件表面，达到喷涂处理表面的目的。聚能装药***喷涂与常规***喷涂相比，工件与涂层的结合度更高，涂层的强度、耐磨度也更高，但是由于聚能装药特定的装粉方式和药型罩结构的限制，致使聚能装药***喷涂存在如下缺点：（1）***后喷涂粉末形成的是一股头部速度高、尾部速度低的高速粉末粒子束，由于能量的过于集中和速度的不匀一，会导致工件表面易成坑、涂层不均匀。（2）由于药型罩制造工艺存在不足，使药型罩内的喷涂粉末密度不均匀，造成涂层不均匀。（3）由于***后形成的是一股粉末粒子束、发散度不高，所以致使喷涂面积较小。

发明内容

本发明是为了解决现有聚能装药***喷涂技术由于装粉方式和药型罩结构的限制，存在待喷工件易成坑、喷涂涂层不均匀、喷涂面积小等缺点，而提供一种新的聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺。本发明改变了常规聚能装药***喷涂的装粉方式，去掉了药型罩结构，从而很好地保护了待喷工件，增大了喷涂面积，且使涂层表面更加的均匀。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的新工艺，包括如下步骤：

（一）聚能装药的压制：将***装入聚能装药模具中，压制成密度为1.3~1.6g/cm³、聚能穴锥角为40°~60°的聚能装药，其中，所述的聚能装药顶部中心处有***插槽；

（二）喷涂粉末的填装：取质量为聚能装药质量10~30%的喷涂粉末装入倒置的聚能装药的聚能穴内，令其装粉密度为2~3g/cm³，再使用与聚能穴内壁相粘结的薄膜将填装好的喷涂粉末覆盖固定，其中，所述的喷涂粉末是由质量分数为70~90%的WC和30~10%的Co组成；

（三）将装好喷涂粉末的聚能装药设于待喷工件的正上方200~400mm处（即聚能装药的炸高），然后在聚能装药和待喷工件整体外部套设保护罩密封，并在保护罩内充有惰性气体；

（四）通过电***引爆聚能装药，驱动喷涂粉末高速撞击待喷工件，完成喷涂作业。

进一步地，所述步骤（一）中的***是以黑索金或奥克托今为主体的钝感高能***。黑索金、奥克托今***的爆速快、爆压高，可以令待喷工件与喷涂粉末间的结合强度更高；此外，由于压制聚能装药的模具有固定的规格和型号，即压制成的聚能装药的体积是一定的，所以根据压制密度即可算出压制成的聚能装药的质量。

所述步骤（二）中的WC粉末和Co粉末的粒径为8~60μm。该粒径的粉末喷涂后的涂层结合度好，硬度和耐磨度高。

所述步骤（三）中的保护罩为普通塑料袋。保护罩是为防止WC粉末在***过程中被氧化而造成涂层的脱碳，保证了涂层的强度和硬度；以普通塑料袋作为保护罩既节省了成本又密封性好，经济实用。

所述步骤（一）中的聚能装药可为圆锥形聚能装药（如图1）或线性聚能装药（如图2）。根据不同的工件，可以选择不同形状的聚能装药，以达到更好的喷涂效果。

本发明中的聚能装药是现有技术，并且有不同规格和型号的聚能装药，聚能装药的具体制作是本领域技术人员容易实现的；所述聚能装药的炸高是指在喷涂作业时，聚能装药与待喷工件间的距离。

本发明与常规聚能装药***喷涂相比，去掉了聚能装药中的药型罩结构、改变了聚能装药的装粉方式，将喷涂粉末装在了聚能穴的顶部。本发明工艺在聚能装药***时，被驱动的喷涂粉末不会形成一股头部速度高、尾部速度低的粉末粒子束的，而是会形成发散的、速度较均一的粉末粒子流，这样喷制的涂层面积就会相对较大、涂层表面也更加均匀、涂层气孔率低于2.0%，而且通过金相观察表明本发明喷制后的工件表面并没有凹坑形成，很好地保护了待喷工件；本发明使用WC和Co混合粉作为喷涂粉末，可以使喷制涂层的结合强度、硬度、耐磨度更高，通过测试表明本发明喷制的涂层厚度为200~450μm，涂层显微硬度（HV₅₀₀）可达20~25GPa，比现有气体***喷涂所得的涂层硬度（15~18GPa）提高了11%~38%；本发明中的聚能装药***喷涂工艺还增加了充有惰性气体的保护罩，很好地防止了高温坏境下WC-Co涂层的氧化脱碳问题，进一步保证了涂层较高的结合强度、硬度和耐磨度。本发明是通过反复试验而得出优选的装药密度、聚能穴锥角角度、装粉密度及炸高等参数，从而了喷制出符合不同技术要求的高性能WC-Co硬质耐磨涂层。

本发明工艺简单、操作灵活、使用方便，无需大型作业设备，作业场所也不受限制，适于工业化喷涂生产。

附图说明

图1为圆锥形聚能装药结构示意图。

图2为线性聚能装药结构示意图。

图3为本发明聚能装药***喷涂装置结构示意图。

图中：1-***、2-***插槽、3-聚能穴、4-喷涂粉末、5-薄膜、6-保护罩、7-待喷工件。

具体实施方式

实施例1

待喷工件7使用A3钢，尺寸为50

50

5mm³。喷涂前对待喷工件7进行清洗和喷砂预处理。对处理完的待喷工件7进行聚能装药***喷涂，具体喷涂工艺由以下步骤完成：

（一）聚能装药的压制：将钝感黑索金高能***1装入圆锥形聚能装药模具中，压制成密度为1.3g/cm³、聚能穴3锥角为50°的圆锥形聚能装药，并在聚能装药的***插槽2内插设电***；

（二）喷涂粉末4的填装：取质量为聚能装药质量10%的喷涂粉末4装入倒置的聚能装药的聚能穴内3，令其装粉密度为2.5g/cm³，再使用与聚能穴3内壁相粘结的薄膜5将装好的喷涂粉末4覆盖固定，其中所述的喷涂粉末4是由质量分数为90%的WC和10%的Co组成且粒度为35μm；

（三）将装好喷涂粉末4的聚能装药设于待喷工件7的正上方200mm处，然后在聚能装药和待喷工件7整体外部套设塑料袋6密封，并在塑料袋6内充有N₂作为保护气体；

（四）通过电***引爆聚能装药，驱动WC和Co粉末高速撞击待喷工件7，完成喷涂作业。

该待喷工件上表面全部被喷制涂层，并通过测试表明：所得的涂层厚度为200μm、气孔率为1.7%；涂层显微硬度（HV₅₀₀）达25GPa，比现有气体***喷涂所得的涂层硬度（15~18GPa）提高了至少38.9%；通过金相观察表明待喷工件表面无凹坑形成。

实施例2

待喷工件7使用A3钢，尺寸为100

50

（一）聚能装药的压制：将钝感奥克托今高能***1装入线性聚能装药模具中，压制成密度为1.5g/cm³、聚能穴3锥角为60°的线性聚能装药，并在聚能装药的***插槽2内插设电***；

（二）喷涂粉末4的填装：取质量为聚能装药质量30%的喷涂粉末4装入倒置的聚能装药的聚能穴内3，令其装粉密度为2.0g/cm³，再使用与聚能穴3内壁相粘结的薄膜5将装好的喷涂粉末4覆盖固定，其中所述的喷涂粉末4是由质量分数为70%的WC和30%的Co组成且粒度为60μm；

（三）将装好喷涂粉末4的聚能装药设于待喷工件7的正上方300mm处，然后在聚能装药和待喷工件7整体外部套设塑料袋6密封，并在塑料袋6内充有CO₂气体作为保护气体；

该待喷工件上表面全部被喷制涂层，通过测试表明：所得的涂层厚度为450μm、气孔率为2.0%；涂层显微硬度（HV₅₀₀）达20GPa，比现有气体***喷涂所得的涂层硬度（15~18GPa）提高了至少11.1%；还通过金相观察表明待喷工件表面无凹坑形成。

实施例3

待喷工件7使用A3钢，尺寸为50

505mm³。喷涂前对待喷工件7进行清洗和喷砂预处理。对处理完的待喷工件7进行聚能装药***喷涂，具体喷涂工艺由以下步骤完成：

（一）聚能装药的压制：将钝感黑索金高能***1装入圆锥形聚能装药模具中，压制成密度为1.6g/cm³、聚能穴3锥角为40°的圆锥形聚能装药，并在聚能装药的***插槽2内插设电***；

（二）喷涂粉末4的填装：取质量为聚能装药质量20%的喷涂粉末4装入倒置的聚能装药的聚能穴内3，令其装粉密度为3.0g/cm³，再使用与聚能穴3内壁相粘结的薄膜5将装好的喷涂粉末4覆盖固定，其中所述的喷涂粉末4是由质量分数为80%的WC和20%的Co组成且粒度为8μm；

（三）将装好喷涂粉末4的聚能装药设于待喷工件7的正上方400mm处，然后在聚能装药和待喷工件7整体外部套设塑料袋6密封，并在塑料袋6内充有CO₂气体作为保护气体；

该待喷工件上表面全部被喷制涂层，通过测试表明：所得的涂层厚度为300μm、气孔率为1.8%；涂层显微硬度（HV₅₀₀）达23GPa，比现有气体***喷涂所得的涂层硬度（15~18GPa）提高了至少27.8%；还通过金相观察表明待喷工件表面无凹坑形成。

Claims

1.一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：包括如下步骤：

（一）聚能装药的压制：将***（1）装入聚能装药模具中，压制成密度为1.3~1.6g/cm³、聚能穴（3）锥角为40°~60°的聚能装药，其中，所述的聚能装药顶部中心处有***插槽（2），所述的***（1）是以黑索金或奥克托今为主体的钝感高能***；

（二）喷涂粉末（4）的填装：取质量为聚能装药质量10~30%的喷涂粉末（4）装入倒置的聚能装药的聚能穴（3）内，令其装粉密度为2~3g/cm³，再使用与聚能穴（3）内壁相粘结的薄膜（5）将填装好的喷涂粉末（4）覆盖固定，其中，所述的喷涂粉末（4）是由质量分数为70~90%的WC和30~10%的Co组成；

（三）将装好喷涂粉末（4）的聚能装药设于待喷工件（7）的正上方200~400mm处，然后在聚能装药和待喷工件（7）整体外部套设保护罩（6）密封，并在保护罩（6）内充有惰性气体；

（四）通过电***引爆聚能装药，驱动喷涂粉末（4）高速撞击待喷工件（7），完成喷涂作业。

2.根据权利要求1所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述步骤（二）中的WC粉末和Co粉末的粒径为8~60μm。

3.根据权利要求1所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述步骤（三）中的保护罩（6）为普通塑料袋。

4.根据权利要求2所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述步骤（三）中的保护罩（6）为普通塑料袋。

5.根据权利要求1所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述的聚能装药可为圆锥形聚能装药或线性聚能装药。

6.根据权利要求2所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述的聚能装药可为圆锥形聚能装药或线性聚能装药。

7.根据权利要求3所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述的聚能装药可为圆锥形聚能装药或线性聚能装药。

8.根据权利要求4所述的一种聚能装药***喷涂制备硬质耐磨涂层的工艺，其特征在于：所述的聚能装药可为圆锥形聚能装药或线性聚能装药。