CN107675176A - 一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法，包括：一、去除工件表面油污，并对工件表面进行喷砂处理；二、对经过喷砂处理的工件表面进行热浸镀铝，在工件表面形成铝基膜；三、对形成有铝基膜的工件表面进行微弧氧化，在工件表面形成陶瓷涂层；四、对形成有陶瓷涂层的工件表面进行镍基自熔合金粉末的真空熔覆，在工件表面形成陶瓷涂层与镍基合金涂层致密结合的复合涂层，完成对工件表面的强化处理。本发明先用热浸镀铝法在工件表面制备一薄层铝，再在铝基膜层上利用微弧氧化制备高硬度耐磨陶瓷涂层，再采用真空熔覆Ni60A粉末封堵陶瓷层表面微孔，经三道工序最终所得工件表面强化处理效果优于任何现有技术。

Description

一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法
技术领域
本发明涉及表面处理技术，具体涉及一种工件表面强化处理方法，尤其是一种微弧氧化与真空熔覆结合的工件表面强化处理方法，更具体的是一种中碳合金钢双螺杆泵转子的表面强化处理方法。
背景技术
双螺杆泵是由主从动轴上相互啮合的螺旋套和泵体或衬套间形成一个容积恒定的密封腔室，介质随螺杆轴的转动分别被送到泵体中间，两者汇合在一起，最终送达泵的出口，从而实现泵输送的目的。在油田上，常用作油、气、水、微量细小固相颗粒等多相混输泵及原油输送泵。双螺杆转子，如附图1所示是井下驱动潜油双螺杆泵***中的关键部件，它的优异程度直接影响着整个***的效率、扬程甚至使用寿命。在工作过程中，转子经受高温、高压下物料和其所携带硬质小颗粒的冲蚀磨损，同时由于物料经常携带酸性物质，转子也会遭受腐蚀。螺杆转子的材质一般可选用优质的中碳合金钢，然后进行淬火处理，使其硬度达到62HRC。长时间腐蚀和冲蚀作用下，转子表面的硬化层被消耗，失去硬化层的保护，转子将会被快速磨损，双螺杆泵内的压力下降，效率降低，甚至无法正常使用。在这种情况下，对受损的双螺杆泵转子进行表面强化修复再制造而不是更换新的转子，可以延长双螺杆泵的使用年限，降低运营成本。
在工件表面涂覆耐磨耐腐蚀涂层属于常用的工件表面强化修复再制造方法，而常用的工件表面耐磨耐腐蚀涂层制备方法，如热喷涂、感应熔覆、激光熔覆等均无法适应双螺杆泵转子这类具有独特复杂结构的工件，目前关于双螺杆泵转子表面强化技术的报道很少，从工艺可行性的角度考虑，有可能用于双螺杆泵转子这类工件的表面修复再制造的方法有以下几种：
(一)电镀、化学镀
从技术角度看，电镀和化学镀都很适合用于复杂结构工件的表面强化和修复再制造，电镀硬质铬层和化学镍磷镀层，都能得到高质量的表面强化层，但也存在突出问题：(1)、含铬废水和废气严重致癌，属国家一类控制排放物,对环境和生产工人的危害极大；(2)、电镀镀层厚度十分有限(0.03-0.05mm)，同时超过0.10mm后电镀的结合强度明显下降；化学镍磷镀的厚度更少，只有0.03mm，均无法满足长期耐磨的需求；(3)、使用过程中容易出现大面积的起皮、鼓包，严重影响零件表面的防腐性能。
(二)化学气相沉积
双螺杆转子及壳体部分采用化学气相沉积方法进行表面薄膜强化处理，其成膜温度500℃左右。表面强化处理后，零件表面可得到类似金刚石膜的碳氮化钛组织结构。其中，螺杆转子表面的硬化层厚度要求应达到10μm，表面强度为3500HV(换算成摩氏相对硬度后为10.248)或95HRC以上。该方法虽然得到了高质量的硬质薄膜，但需要专业设备，花费高昂，再加上极薄的膜厚，不利于长期和大规模应用。
从工艺上讲，上述方法在针对具有复杂结构的工件表面进行强化和修复再制造时均有各自的缺陷，而且单一的工艺几乎无法满足高性能耐磨耐腐蚀涂层的制备要求。因此，寻找一种能够适合复杂结构工件表面的高质量耐磨耐腐蚀强化处理技术在本领域具有重大的意义。
发明内容
本发明提出一种微弧氧化与真空熔覆结合的工件表面强化处理方法，根据工件的结构和实际应用情况，采用微弧氧化在经过热浸镀铝的工件表面制备耐磨耐腐蚀陶瓷涂层，充分考虑到工件的尺寸效应对涂层沉积效率和涂层质量的影响，经过工艺优化，制备出和基体结合牢固、硬度可达2000Hv的陶瓷涂层，然后进一步的为克服微弧氧化工艺制备的涂层表面疏松多孔对耐腐蚀性能和整体涂层厚度不足(小于300μm)对耐磨性能造成的不利影响，选择真空熔覆Ni60A自熔性合金粉末对微弧氧化后的陶瓷层进行封孔处理，有效降低了陶瓷涂层表面的孔隙率，最终所得复合涂层具有硬度高、厚度厚和高致密性的耐磨耐腐性能，是对复杂结构工件表面强化和再制造技术的一大提升。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法，包括以下步骤：
步骤一、去除工件表面油污，并对工件表面进行喷砂处理；
步骤二、对经过喷砂处理的工件表面进行热浸镀铝，在工件表面形成铝基膜；
步骤三、对形成有铝基膜的工件表面进行微弧氧化，在工件表面形成陶瓷涂层；
步骤四、对形成有陶瓷涂层的工件表面进行镍基自熔合金粉末的真空熔覆，在工件表面形成陶瓷涂层与镍基合金涂层致密结合的复合涂层；
步骤五、将工件冷却至室温，完成对工件表面的强化处理。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤一中用有机溶剂去除工件表面的油污，喷砂处理时采用18-20目的铸钢砂材，喷砂气压为0.6Mpa-0.8Mpa。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤二中在工件表面形成的铝基膜的厚度为8-20μm。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤三中，在工件表面形成的陶瓷涂层为厚度在50-120微米的氧化铝陶瓷层。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中所述氧化铝陶瓷层主要包括晶态的α-Al2O3和γ-Al2O3。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤三具体包括：
(1)将KOH、H3B03和Na2SiO3作为混合电解质溶于蒸馏水中制成微碱性的电解液，电解液中KOH的浓度为3-5g/L、H3B03的浓度为10-12g/L、Na2SiO3的浓度为1-3g/L；
(2)将工件浸入所述电解液中并连接电源正极，将浸入电解液中的不锈钢板或者盛放电解液的不锈钢槽连接电源负极；
(3)启动电源并控制电压在300-600V、控制电流密度在20～30A/dm2，并在反应过程中将电解液温度控制在10-50℃，同时采用搅拌装置使电解液对流循环。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤四中的复合涂层为陶瓷涂层与镍基合金涂层的冶金结合涂层，镍基合金真空熔覆后填满陶瓷涂层的疏松空隙，所述复合涂层的厚度在0.1-1.2mm间，复合涂层的内部孔隙率低于1％，复合涂层的维氏硬度Hv达2000。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤四具体包括：
(1)对形成有陶瓷涂层的工件表面进行清洗、烘干和预热；
(2)按照如下重量百分比配置镍基自熔合金粉末：其中碳的重量百分比含量在0.5-1.1％，铬的重量百分比含量在15-20％，硼的重量百分比含量在3.0-4.5％，硅的重量百分比含量在4-6％，铁的重量百分比含量在≤5％，其余为镍，且镍基自熔合金粉末的粒度在40-100微米；
(3)将镍基自熔合金粉末均匀分散于胶体中形成涂覆悬浮液，其中胶体由松节油和松香按照质量比1:2-3混合形成，镍基自熔合金粉末与胶体的混合质量比为5-7:1；
(4)将涂覆悬浮液均匀喷涂在预热后的工件表面，形成厚度在0.3-1.5mm的预涂层，然后将工件烘干；
(5)将工件放入真空炉中进行真空熔覆，采用阶梯加热保温方式，先低温慢速加热并保温，缓慢去除松香，然后以较快速度升温，对镍基合金粉末进行初步烧结形成骨架结构，最后快速加热至镍基合金粉末熔点温度后保温一段时间，使镍基合金粉末熔化并填充入陶瓷涂层中，形成陶瓷涂层与镍基合金涂层致密结合的复合涂层。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中步骤(5)中，真空炉的真空度控制在10Pa，真空炉中按照下述方式对工件表面进行阶梯加热保温：在2至5分钟内将工件表面温度由室温加热至110℃，然后在8至12分钟内将工件表面温度由110℃加热至140℃，然后在140℃下保温10分钟，接着在40至60分钟内将工件表面温度由140℃加热至300℃，然后在300℃下保温20分钟，接着在25至35分钟内将工件表面温度由300℃加热至1100℃，最后在1100℃下保温20分钟。
进一步的根据本发明所述的工件表面强化处理方法，其中所述工件为碳钢双螺杆泵转子。
通过本发明的技术方案至少能够达到以下技术效果：
1)、本发明所述方案采用微弧氧化在热浸镀铝后的工件表面制备形成了耐磨耐腐蚀陶瓷涂层，微弧氧化过程中，充分考虑工件尺寸效应，兼顾效率和镀层质量，通过工艺优化，在工件表面上制备出结合牢固、各方向厚度均匀、高硬度的耐磨耐腐蚀陶瓷涂层；
2)、本发明所述方案在微弧氧化形成陶瓷涂层的基础上进一步的采用了真空熔覆镍基合金粉末技术，首创地在工件表面同时形成微弧氧化陶瓷层和真空熔覆合金层相结合的耐磨耐腐蚀复合涂层，通过微弧氧化在工件表面形成致密的氧化物陶瓷层，然后在陶瓷层外进一步通过真空熔覆形成能够填满陶瓷层疏松空隙的镍基合金熔覆涂层，并与之冶金结合，最终形成致密的复合涂层结构，达到了对工件表面的强化处理目的，可广泛适用于包括双螺杆转子在内的复杂结构工件的表面强化处理，应用前景广泛；
3)、本发明所述方案有效克服了微弧氧化陶瓷层表面疏松多孔对镀层耐腐蚀性能的不利影响，同时可控的真空熔覆层厚度弥补了微弧氧化层厚度不足对耐磨性能造成的不利影响；
4)、本发明所述方案中进行真空熔覆时对基体先进行预热(150-200℃)，预涂覆过程中利用基体预热，可改善混合液料对基体的润湿性，同时胶体快速凝固，避免液料大面积流淌产生局部增厚；
5)、本发明所述方案中进行真空熔覆时采用阶梯加热保温的方法，缓慢去除空气和胶体，保证熔覆层的致密性和熔体填充性；
6)、本发明所述方案中的主要工艺“微弧氧化和真空熔覆”都能和基体产生牢固的冶金结合，适用于复杂工件的表面强化和修复再制造；
7)、本发明所述方案对真空熔覆层进行车加工和磨削，容易得到较高的表面质量，降低涂层表面摩擦系数；
8)、本发明所述方案完全避免了传统电镀硬铬表面强化技术带来的严重环境污染问题，具有良好的环保性；
9)、综上所述，本发明提出的表面强化处理方法可应用于任何复杂结构工件的表面强化和修复再制造，所得复合涂层的耐磨耐腐蚀性能优于任何一种现有技术，复合涂层内部孔隙率低于1％，复合涂层的维氏硬度Hv可达2000，与现有工艺相比在提高耐磨耐腐蚀强化性能的同时很好的兼顾了适用性、经济性和环保性，具有极强的市场推广价值。
附图说明
附图1为适用本发明所述表面强化处理方法的双螺杆泵转子的结构图。
具体实施方式
以下对本发明进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
本发明创新的提出一种真空熔覆和微弧氧化相结合的工件表面强化处理方法，尤其是针对中碳合金钢双螺杆泵转子的表面强化处理方法。
本发明所述工件表面强化处理方法具体包括以下步骤：
步骤一、用有机溶剂去除待处理工件表面的油污，接着加热去除表面有机溶剂；如果工件为旧损伤件，需要先用车加工去除工件表面原有镀层，优选的车削厚度小于0.5mm，且经车削处理后工件表面的粗糙度Ra大于1.6μm，再进行去油污处理。本步骤中车加工在彻底去掉原有涂层基础上，应尽可能减少对基体的损伤，优选的车削厚度小于0.5mm，并保持较高的表面质量；优选的采用易挥发的有机溶剂彻底清洗工件表面油污，并加热使其完全挥发。
步骤二、对工件表面进行喷砂处理；喷砂采用18-20目的铸钢砂材，喷砂气压为0.6Mpa-0.8Mpa，喷砂后使用同样压强的高压气体清理喷砂后表面。
步骤三、对经过喷砂处理的工件进行表面热浸镀铝，热浸镀铝的厚度控制在8-20μm。热浸镀铝技术是一种比较成熟的镀铝技术，尤其是在碳钢工件表面被经常使用。将经过一定前处理的钢铁材料或碳钢制品放入一定温度的熔融铝或铝合金熔液中，浸渍适当时间，这时便发生铝液对钢材或碳钢制品表面的浸润、铁的溶解以及铁原子与铝原子的相互扩散和反应，在钢表面形成Fe-Al金属间化合物，从而得到结合力较好的铝或铝合金镀层，该镀层不仅有铝的银白色外观和耐侯性，而且还具有优良的耐H2S等强腐蚀剂的腐蚀性能，同时具有良好的耐高温氧化、耐渗碳、耐磨及对光和热的反射性能等，此外镀铝钢还具有钢的机械强度和良好的韧性。
步骤四、对经过表面热浸镀铝的工件进行微弧氧化制备陶瓷涂层。具体的首先采用KOH、H3B03和Na2SiO3混合电解质溶于蒸馏水而制成微碱性的电解液，优选的电解液中KOH的浓度为4g/L、H3B03的浓度为11g/L、Na2SiO3的浓度为2g/L。然后将工件浸入所述电解液中，并将工件连接电源正极，为了防止杂质进入电解液，采用耐腐蚀性较好的不锈钢作阴极进入电解液中，亦可将电解液放置于不锈钢槽内，然后将不锈钢槽连接电源负极。采用脉冲交流电源，启动电源并控制电压在300-600V、控制电流密度在20～30A/dm2；工作过程中，使用循环冷却***对电解液进行降温，将电解液温度控制在50℃以下(优选的处于35-50℃)，并采用机械搅拌装置，使电解液对流循环，提高氧化膜成膜效果。优选的电压在保证整个工艺流程顺利进行的条件下，采用尽可能高的电压；本发明采用恒电流微弧氧化法，根据工件的尺寸和设备情况，电流可控制在120-130A。
通过微弧氧化在工件表面形成厚度在50-120微米的致密的陶瓷涂层，微弧氧化或微等离子体表面陶瓷化技术，是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以铝、钛、镁金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，其维氏硬度可达2000Hv，远高于一般的金属和合金涂层。微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。但是微弧氧化不能在碳钢表面直接成膜，因此需要先在碳钢表面制备一层铝基膜(铝或铝合金膜)，然后再在铝基膜表面利用微弧氧化制备强化陶瓷膜。具体原理是放入电解液中的表面形成有铝基膜的工件连接电源正极、放置电解液的不锈钢槽连接电源负极后，当正向电流通过时，工件表面铝或铝合金与水电解产生的氧发生反应，在工件表面形成一薄层非晶态的氧化铝，由于形成的氧化铝不导电，工件表面电阻将增大，需要继续提高电压来击穿已形成的氧化铝膜，才能维持相应的电流密度，促使反应继续进行，随着工件表面氧化铝层的不断增厚，表面电阻不断增大，电压也需要相应不断提高，才能继续击穿氧化铝膜而维持反应。当正向电压达到一定值，在击穿氧化铝膜的瞬间产生火花放电现象，随着电压的持续上升，电火花遍布整个工件表面，火花放电处温度会瞬间达到数千度，工件表层的铝或铝合金与前期形成的非晶态氧化铝薄层在高温下迅速熔化，同时与水电解产生的氧发生剧烈反应共同形成熔融态的氧化铝，在溶液的激冷下熔融态的氧化铝又迅速凝固在工件表面，堵塞放电通道，使放电中断，火花熄灭，随着电火花的熄灭，通过冷却凝固形成晶态的氧化铝陶瓷层覆盖整个工件表面。由于经历了高温烧结，形成的氧化铝陶瓷层与基体呈冶金结合，具有很高的结合强度，在工件表面生成的氧化铝陶瓷层主要包括晶体的α-Al2O3和γ-Al2O3。
步骤五、对微弧氧化后的工件进行清洗后烘干，本步骤中要求彻底清洗掉镀层表面残留电解液，风干后将工件放入加热炉预热，预热至200℃保温1小时。
步骤六、在预热后的工件表面喷涂形成均匀的预涂层。具体的首先按照如下重量百分比配置镍基自熔合金粉末(记为Ni60A)：其中碳的重量百分比含量在0.5-1.1％，铬的重量百分比含量在15-20％，硼的重量百分比含量在3.0-4.5％，硅的重量百分比含量在4-6％，铁的重量百分比含量在≤5％，其余为镍，镍基自熔合金粉末的粒度在40-100微米。其次，将镍基自熔合金粉末均匀分散于胶体中形成涂覆悬浮液，其中的胶体由松节油和松香按照质量比1:2-3、优选按照1:2.5混合形成，松香和松节油充分混合溶解后制成具有一定粘性的胶体，然后将镍基自熔合金粉末与胶体按照质量比5-7:1、优选按照6:1均匀混合分散，制成适合喷涂的悬浮液，充分搅拌1个小时后在经过预热的工件表面进行喷涂。采用喷枪在工件表面涂覆所述悬浮液，在工件表面形成厚度0.3-1.5mm的预涂层。具体的喷枪内的压缩空气压力优选的可控制在0.2-0.3Mpa，喷枪出口流量控制在20-40g/min，并最好控制工件进行旋转，转速优选的为30-80转/min，经试验在该工艺参数下，预涂覆料经喷枪喷涂到工件表面上时，能够快速地沾附并铺展在工件表面，表现出良好的润湿性，同时通过工件旋转能够将预涂覆料均匀的喷涂在工件整个表面。待喷涂结束后，保持工件继续旋转，停止工件加热，利用工件机体余热使得表面涂层在几分钟内快速凝固，最后将工件在空气中放置20小时以上，使得预涂覆料完全凝固在工件待处理表面。
所述Ni60A自熔熔合金粉末是申请人经过长期的工作实践总结提出的一种表面强化材料，硬度高，自熔性、润湿性和喷焊性能好，与渗碳、渗氮、渗硼、镀铬和某些堆焊合金等表面硬化处理后的硬度相当，同时还具备耐磨、耐蚀、抗高温氧化等优点，可用于阀门、柱塞、密封环、输送辊、泵套等工件的修复和保护，能几倍乃至几十倍地提高使用寿命。真空熔覆Ni60A自熔熔合金粉末适用于复杂工件的表面耐磨耐腐蚀涂层制备，不需要复杂设备，只需要中度真空炉，通过合理的升温加热设计，即可制备出孔隙率低、硬度高，具有较大厚度范围(1-3mm)的保护涂层，可被应用于具有复杂结构工件的表面强化和修复再制造。
步骤七、将涂覆有Ni60A粉末悬浮液的工件烘干、固化去除水分；具体的将工件在空气中放置17小时或者在炉子中60℃保温3小时，直至胶体完全去除水分并固化，得到凝固的厚度在0.3-1.5mm间、进一步优选厚度在0.5-1.2mm间的预涂层。
步骤八、在工件表面真空熔覆镍基自熔合金粉末，形成镍基合金熔覆涂层，具体的对烘干后的工件进行真空熔覆以封堵陶瓷层微孔，采用阶梯加热保温的方法，先低温慢速加热并保温，缓慢去除松香，然后以较快速度升温，对粉末进行初步烧结，形成骨架结构，最终快速加热至粉末熔点，并保温一段时间，使涂层全部熔化，并填充入陶瓷涂层中，起到封孔和增厚的目的。具体的将工件放入真空炉中进行真空熔覆，其中真空炉的真空度控制在10Pa附近，采用如下表所述的阶梯加热和保温的方法进行真空熔覆过程：
温度℃ 室温-110 110-140 140 140-300 300 300-1100 1100
时间min 2-5 8-12 10 40-60 20 25-35 20
整个加热熔覆过程中采取阶梯加热升温的办法，以便于在去除松香和松节油时，反应缓慢进行，并保证气体溢出和胶体除去过程中不对涂层结构造成损伤，熔覆后液体不产生大面积流淌，不至于破坏涂层的整体结构和表面质量。300℃保温20分钟后，涂层中的胶体已经完全去除，可以快速加热到1100℃，同时在到达Ni60A粉末的熔点前，已经进行长时间烧结，颗粒之间产生部分结合，形成骨架。这种预先形成的骨架，能够保证涂层表面的熔体不流淌，同时由于毛细效应的作用，向涂层内部收缩，在真空作用下，将涂层内部的空气挤出，填满微弧氧化法制备的陶瓷疏松表面层的空隙，使得整个涂层更加致密，达到表面封孔的目的，最终在工件表面形成与微弧氧化陶瓷层冶金致密结合的厚度在0.1-1.2mm间的复合涂层，所述复合涂层的厚度进一步优选的在0.1mm-1mm间。
步骤九、真空熔覆后，将工件冷却至室温后，完成对工件表面的强化和修复再制造处理。实际中可根据尺寸和表面粗糙度要求，选择对表面镀层进行车加工和打磨，以将镀层按照要求加工至所需尺寸，优选的表面粗糙度Ra小于0.8μm。
经测试根据本发明所述表面强化和修复再制造方法处理后的工件表面复合涂层内部孔隙率低于1％，涂层的维氏硬度Hv可达2000，涂层表面有金属光泽，无明显氧化。
本发明创新的结合了微弧氧化和真空熔覆技术，单独采用微弧氧化陶瓷膜时由于其具有疏松多孔结构，会降低表面耐磨性，经常需要进行后继封孔处理，增加了工艺的复杂性，再加上对操作时安全保护措施要求较高，以及电解液温度上升较快，需配备较大容量的制冷和热交换设备，限制了微弧氧化技术在碳钢工件表面的应用，而真空熔覆技术虽然可以在工件表面形成致密的合金熔覆涂层，但是涂层的硬度最多是HRC58～63，远低于一般陶瓷涂层的硬度，基于此本发明首创地在工件表面同时形成微弧氧化陶瓷层和真空熔覆合金层相结合的耐磨耐腐蚀复合涂层，通过微弧氧化在工件表面形成致密的氧化物陶瓷层，然后在陶瓷层外进一步通过真空熔覆形成能够填满陶瓷层疏松空隙的镍基合金熔覆涂层，并与之合金结合，最终形成致密的复合涂层结构，达到了对工件表面的强化处理目的，可广泛适用于包括双螺杆转子在内的复杂结构工件的表面强化处理，应用前景广泛。
最后给出本发明的一个具体实施例
实施例1
针对基体材料为Q235钢制作的双螺杆泵转子的表面耐磨耐腐蚀强化处理方法，双螺杆泵是目前工业生产中经常用的物料传送装置，转子是泵的重要结构，包括螺旋面和中轴，结构相对复杂，转子在使用中需要经受高温、高压下物料的冲蚀磨损，同时由于物料经常携带酸性物质，也要求转子具有较好的耐腐蚀性，由于双螺杆泵转子独特和复杂的外形结构，如附图1所示，采用本发明所述表面强化处理方法能够很好的解决双螺杆泵转子的表面耐磨耐腐问题。
具体的该实施例中针对双螺杆泵转子的表面强化处理方法，具体包括如下过程：
(1)采用有机溶剂去除双螺杆泵转子表面的油污，加热去除表面有机溶剂；如果为旧损伤件，需要先用车加工去除工件表面原有镀层，再进行去油污处理。
(2)对双螺杆泵转子表面进行喷砂处理，喷砂采用20目的铸钢砂材，喷砂气压为0.8Mpa，喷砂后使用同样压强的高压气体清理喷砂后表面。
(3)对经过喷砂处理的工件进行表面热浸镀铝，镀铝层厚度15μm；
(4)对经过表面热浸镀铝的工件进行微弧氧化制备陶瓷涂层。采用KOH、H3B03和Na2SiO3混合制成微碱性的电解液，电解液中KOH的浓度为4g/L、H3B03的浓度为11g/L、Na2SiO3的浓度为2g/L；脉冲交流电源，电压在300-600V间保证整个工艺流程顺利进行，采用恒电流微弧氧化法，电流密度控制在25～30A/dm2；工作过程中，将工件作为阳极，使用循环冷却***对电解液进行降温，将电解液温度控制在35-40℃间，并采用机械搅拌装置，使电解液对流循环，提高氧化膜成膜效果，同时为防止杂质进入电解液，采用耐腐蚀性较好的不锈钢作阴极。通过微弧氧化在双螺杆泵转子表面形成厚度60-80微米间的致密陶瓷涂层。
(5)对微弧氧化后的工件进行清洗，彻底清洗掉镀层表面残留电解液，然后风干。
(6)用喷枪在工件表面涂覆Ni60A粉末悬浊液，Ni60A粉末中碳的重量百分比含量为1.1％，铬的重量百分比含量为16.7％，硼的重量百分比含量为3.4％，硅的重量百分比含量为4.8％，铁的重量百分比含量为4.9％，其余为镍，镍基自熔合金粉末的粒度在60-80微米间。选用松节油和松香按照1:2.5混合形成胶体，Ni60A粉末和胶体按照6:1均匀混合分散制成适合喷涂的悬浊液，用喷枪将液料涂覆在工件上，喷涂前将双螺杆泵转子以可转动方式悬挂并预热至180℃附近，喷枪出口流量在30g/min，并以0.1m/s的速度横向移动，双螺杆泵转子转速控制在60转/min，为了保证轴面和竖直面厚度一致，喷枪先以较小压力(0.2MPa)倾斜对准双螺杆泵转子大圆面和竖直面喷涂，然后以较大压力(0.3MPa)对准双螺杆泵转子小圆柱面进行喷涂，各走抢3遍。喷涂结束后，基体继续旋转直至完全凝固，在双螺杆泵转子表面形成厚度处于0.5-1.2mm间的预涂层。
(7)将涂覆过Ni60A粉末的双螺杆泵转子在炉子中60℃保温3小时，直至胶体完全去除水分并固化。
(8)对烘干后的双螺杆泵转子进行真空熔覆封堵陶瓷层微孔，采用如下表所示阶梯加热保温的方法，先低温慢速加热并保温，缓慢去除松香，然后以较快速度加热至1100℃，对粉末进行初步烧结，形成骨架结构，最终快速加热至粉末熔点，并保温一段时间，使涂层全部熔化，并填充入陶瓷涂层中，起到封孔和增厚的目的；
温度℃ 室温-110 110-140 140 140-300 300 300-1100 1100
时间min 3 10 10 50 20 30 20
(9)真空熔覆工件冷却至室温，完成中碳钢油田用双螺杆泵转子表面强化和修复再制造整个工艺流程。
以上仅是对本发明的优选实施方案进行了简单描述，并不能将本发明的技术方案仅限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种微弧氧化与真空熔覆相结合的工件表面强化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、去除工件表面油污，并对工件表面进行喷砂处理；
步骤二、对经过喷砂处理的工件表面进行热浸镀铝，在工件表面形成铝基膜；
步骤三、对形成有铝基膜的工件表面进行微弧氧化，在工件表面形成陶瓷涂层；
步骤四、对形成有陶瓷涂层的工件表面进行镍基自熔合金粉末的真空熔覆，在工件表面形成陶瓷涂层与镍基合金涂层致密结合的复合涂层；
步骤五、将工件冷却至室温，完成对工件表面的强化处理。
2.根据权利要求1所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤一中用有机溶剂去除工件表面的油污，喷砂处理时采用18-20目的铸钢砂材，喷砂气压为0.6Mpa-0.8Mpa。
3.根据权利要求1或2所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤二中在工件表面形成的铝基膜的厚度为8-20μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤三中，在工件表面形成的陶瓷涂层为厚度在50-120微米的氧化铝陶瓷层。
5.根据权利要求4所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，所述氧化铝陶瓷层主要包括晶态的α-Al2O3和γ-Al2O3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤三具体包括：
(1)将KOH、H3B03和Na2SiO3作为混合电解质溶于蒸馏水中制成微碱性的电解液，电解液中KOH的浓度为3-5g/L、H3B03的浓度为10-12g/L、Na2SiO3的浓度为1-3g/L；
(2)将工件浸入所述电解液中并连接电源正极，将浸入电解液中的不锈钢板或者盛放电解液的不锈钢槽连接电源负极；
(3)启动电源并控制电压在300-600V、控制电流密度在20～30A/dm2，并在反应过程中将电解液温度控制在10-50℃，同时采用搅拌装置使电解液对流循环。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤四中的复合涂层为陶瓷涂层与镍基合金涂层的冶金结合涂层，镍基合金真空熔覆后填满陶瓷涂层的疏松空隙，所述复合涂层的厚度在0.1-1.2mm间，复合涂层的内部孔隙率低于1％，复合涂层的维氏硬度Hv达2000。
8.根据权利要求1-7任一项所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤四具体包括：
(1)对形成有陶瓷涂层的工件表面进行清洗、烘干和预热；
(2)按照如下重量百分比配置镍基自熔合金粉末：其中碳的重量百分比含量在0.5-1.1％，铬的重量百分比含量在15-20％，硼的重量百分比含量在3.0-4.5％，硅的重量百分比含量在4-6％，铁的重量百分比含量在≤5％，其余为镍，且镍基自熔合金粉末的粒度在40-100微米；
(3)将镍基自熔合金粉末均匀分散于胶体中形成涂覆悬浮液，其中胶体由松节油和松香按照质量比1:2-3混合形成，镍基自熔合金粉末与胶体的混合质量比为5-7:1；
(4)将涂覆悬浮液均匀喷涂在预热后的工件表面，形成厚度在0.3-1.5mm的预涂层，然后将工件烘干；
(5)将工件放入真空炉中进行真空熔覆，采用阶梯加热保温方式，先低温慢速加热并保温，缓慢去除松香，然后以较快速度升温，对镍基合金粉末进行初步烧结形成骨架结构，最后快速加热至镍基合金粉末熔点温度后保温一段时间，使镍基合金粉末熔化并填充入陶瓷涂层中，形成陶瓷涂层与镍基合金涂层致密结合的复合涂层。
9.根据权利要求8所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，其中步骤(5)中，真空炉的真空度控制在10Pa，真空炉中按照下述方式对工件表面进行阶梯加热保温：在2至5分钟内将工件表面温度由室温加热至110℃，然后在8至12分钟内将工件表面温度由110℃加热至140℃，然后在140℃下保温10分钟，接着在40至60分钟内将工件表面温度由140℃加热至300℃，然后在300℃下保温20分钟，接着在25至35分钟内将工件表面温度由300℃加热至1100℃，最后在1100℃下保温20分钟。
10.根据权利要求1-9任一项所述的工件表面强化处理方法，其特征在于，所述工件为碳钢双螺杆泵转子。
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