CN109468573A - 一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法 - Google Patents

一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钎焊技术领域，具体地涉及一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，(1)采用NaOH碱洗液表面脱脂；(2)采用棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理；(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：(4)对钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件；(5)将工件在900℃下热处理5min空冷后得钎焊过渡层的耐磨涂层。本发明制备的钎焊层使基体与耐磨涂层工作层结合较好，钎焊层会与基体和耐磨涂层工作层均达到冶金结合，相对于喷涂涂层而言，加热后的钎焊层组织更为致密。

Description

一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法
技术领域
本发明涉及钎焊技术领域，特别是涉及一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法。
背景技术
钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具和印刷电路板等。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙，间隙一般要求在0.01～0.1mm之间。
现在表面工程中将合金涂层制备于金属基体上起到一定的防护耐磨作用，已经成为一种趋势，在工业生产中有很大的应用前景。但合金涂层与基体的结合往往是机械结合，形成冶金结合则需要火焰或高能束流的重熔处理来达到。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，将电弧喷涂方法与钎焊相结合，即利用电弧喷涂的快速高效易操作的优点缩短制备钎焊层的时间，同时通过加热的方式使钎焊层连接基体与耐磨涂层工作层，达到冶金结合的目的。
解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明设计了一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用180～200目的棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为80°～90°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.6～0.7MPa，喷砂距离为100～150mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，质量比为1:1；将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为100～150mm，送丝速度为3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为100～150μm；通过改变直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材的质量配比，获得所需成分的钎焊层。
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为100～150mm，送丝速度3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为200～300μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：65～75％的Fe，25～35％的Cr。优选的，还包括1～3％的Si。在钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层30～50μm纯Al涂层，以便热处理时保护工作层不被氧化，喷涂距离为100～150mm，送丝速度3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为200～300μm。
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，通过电阻炉内加热使得喷涂后的钎焊层熔化，然后作为过渡层将零件基体和耐磨涂层工件形成较佳的冶金结合。取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
本发明的有益效果是：
本发明设计思路新颖，将电弧喷涂方法与钎焊相结合，即利用电弧喷涂的快速高效易操作的优点缩短制备钎焊层的时间，同时通过加热的方式使钎焊层连接基体与耐磨涂层工作层，达到冶金结合的目的。本发明制备的钎焊层使基体与耐磨涂层工作层结合较好，钎焊过渡层厚度为100～150μm，耐磨涂层工作层厚度在100～200μm。钎焊层会与基体和耐磨涂层工作层均达到冶金结合，相对于喷涂涂层而言，加热后的钎焊层组织更为致密。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明产品分别在100倍、200倍、500倍的电子显微镜下的钎焊层横截面微观形貌；其中，a)150倍涂层形貌，b)200倍涂层形貌，c)d)500倍不同区域涂层形貌；
图2为图1中d)图片的能谱分析；
图3为加热后的产品横截面全貌；
图4为加热前后耐磨涂层和钎焊过渡层的硬度变化；
图5为热处理前后经摩擦磨损试验后的涂层表面形貌，a)为喷涂试样热处理前，b)为喷涂试样经900℃热处理5min后。
具体实施方式
实施例1：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用180目的棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为80°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.6MPa，喷砂距离为100mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，质量比为1:1；将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为100mm，送丝速度为3m/min，电流I＝160A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为1.6m3/min，喷涂时间为1min，涂层厚度为100μm。
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为100mm，送丝速度3m/min，电流I＝160A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为1.6m3/min，喷涂时间为1min，涂层厚度为200μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：65％的Fe，35％的Cr。在钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层30μm纯Al涂层，以便热处理时保护工作层不被氧化，喷涂距离为100mm，送丝速度3m/min，电流I＝160A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为1.6m3/min，喷涂时间为1min，涂层厚度为200μm。
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，通过电阻炉内加热使得喷涂后的钎焊层熔化，然后作为过渡层将零件基体和耐磨涂层工件形成较佳的冶金结合。取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
实施例2：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用200目的棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为90°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.7MPa，喷砂距离为150mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，质量比为1:1；将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为150mm，送丝速度为4m/min，电流I＝190A，电压U＝35V，压缩气体0.75MPa，流量为2.0m3/min，喷涂时间为3min，涂层厚度为150μm。
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为150mm，送丝速度4m/min，电流I＝190A，电压U＝35V，压缩气体0.75MPa，流量为2.0m3/min，喷涂时间为3min，涂层厚度为300μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：75％的Fe，25％的Cr。在钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层50μm纯Al涂层，以便热处理时保护工作层不被氧化，喷涂距离为150mm，送丝速度4m/min，电流I＝190A，电压U＝35V，压缩气体0.75MPa，流量为2.0m3/min，喷涂时间为3min，涂层厚度为300μm。
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，通过电阻炉内加热使得喷涂后的钎焊层熔化，然后作为过渡层将零件基体和耐磨涂层工件形成较佳的冶金结合。取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
实施例3：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用180目的棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为90°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.65MPa，喷砂距离为120mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，质量比为1:1；将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为120mm，送丝速度为3m/min，电流I＝180A，电压U＝35V，压缩气体0.7MPa，流量为1.8m3/min，喷涂时间为2min，涂层厚度为120μm。
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为120mm，送丝速度3m/min，电流I＝180A，电压U＝35V，压缩气体0.70MPa，流量为1.8m3/min，喷涂时间为2min，涂层厚度为250μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：70％的Fe，29％的Cr。还包括1％的Si。在钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层40μm纯Al涂层，以便热处理时保护工作层不被氧化，喷涂距离为120mm，送丝速度4m/min，电流I＝180A，电压U＝30V，压缩气体0.70MPa，流量为1.8m3/min，喷涂时间为2min，涂层厚度为250μm。
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，通过电阻炉内加热使得喷涂后的钎焊层熔化，然后作为过渡层将零件基体和耐磨涂层工件形成较佳的冶金结合。取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
实施例4：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用200目的棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为80°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.68MPa，喷砂距离为140mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，质量比为1:1；将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为140mm，送丝速度为3m/min，电流I＝170A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为2.0m3/min，喷涂时间为1min，涂层厚度为150μm。
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为100mm，送丝速度3m/min，电流I＝170A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为2.0m3/min，喷涂时间为2min，涂层厚度为250μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：70％的Fe，27％的Cr。还包括3％的Si。在钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层40μm纯Al涂层，以便热处理时保护工作层不被氧化，喷涂距离为140mm，送丝速度3m/min，电流I＝160A，电压U＝30V，压缩气体0.65MPa，流量为1.6m3/min，喷涂时间为2min，涂层厚度为280μm。
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，通过电阻炉内加热使得喷涂后的钎焊层熔化，然后作为过渡层将零件基体和耐磨涂层工件形成较佳的冶金结合。取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
由图1可见，在900℃的情况下，加热5min熔化钎焊过渡层。图1中c)和d)是涂层不同位置的组织形貌，从其中a)、b)中可以看出上层的黑色的Al层部分与FeCr层完成了一定的融合，钎焊过渡层与基体间的结合也相对于喷涂状态时的大量孔隙有所减少。钎焊过渡层中自身元素溶解较为均匀，能够使基体与耐磨涂层工作层的结合更紧密。
图2示意出图1中d)图的能谱分析，打点位置在耐磨涂层工作层白色区域上。从下表1中可以看出此处主要元素为Fe、Cr，还有少量Si。
表1经过900℃条件下热处理5min涂层元素含量
元素 Wt％ At％
SiK 02.40 04.57
CrK 27.60 28.39
FeK 70.00 67.04
图3为加热后的涂层横截面全貌，钎焊层与基体结合较好，界面孔洞消失。
图4为加热前后耐磨涂层工作层和钎焊过渡层的硬度变化，经900℃条件下进行热处理后会提高涂层的硬度，且处理5min的试样涂层硬度可达到654.68HV。
以上实施例1-4，均可以通过改变直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材的配比，获得所需成分的钎焊层。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)表面脱脂：
在不改变零件尺寸的前提条件下，采用NaOH碱洗液去除预喷涂零件表面的油污；
(2)喷砂粗化：
采用棕刚玉磨粒对去除油污的零件表面进行喷砂处理，喷砂角度为80°～90°，喷砂使用的压缩空气的压力为0.6～0.7MPa，喷砂距离为100～150mm，直至零件表面出现银白色金属光泽后，利用压缩空气吹净表面粘黏的沙粒，保证喷砂后的零件表面粗糙度Ra为3.0～3.5μm；
(3)电弧喷涂得到钎焊过渡层工件：
以直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材作为喷涂原材料，将步骤(2)完成喷砂后的零件进行电弧喷涂；喷涂的距离为100～150mm，送丝速度为3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为100～150μm；
(4)对步骤(3)所得的钎焊过渡层工件再进行电弧喷涂得到耐磨涂层工件：
以直径为2.0mm的Fe-Cr丝为原材料，喷涂距离为100～150mm，送丝速度3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为200～300μm；得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件；
(5)热处理：
将电阻炉加热至900℃，随后将步骤(4)得到的钎焊过渡层的耐磨涂层工件放入电阻炉内5min，取出后空冷，即得钎焊过渡层的耐磨涂层。
2.根据权利要求1所述的利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的棕刚玉磨粒为180～200目的棕刚玉磨粒。
3.根据权利要求1所述的利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的直径为1.6mm的Ni40Cu60丝材和直径为2.0mm的99～99.7％的Ti丝材质量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的直径为2.0mm的Fe-Cr丝的质量比为：65～75％的Fe，25～35％的Cr。
5.根据权利要求4所述的利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，还包括1～3％的Si。
6.根据权利要求1所述的利用电弧喷涂制备钎焊过渡层的耐磨涂层的方法，其特征在于，步骤(4)得到钎焊过渡层的耐磨涂层工件上表面再电弧喷涂一层30～50μm纯Al涂层，喷涂距离为100～150mm，送丝速度3～4m/min，电流I＝160～190A，电压U＝30～35V，压缩气体0.65～0.75MPa，流量为1.6～2.0m3/min，喷涂时间为1～3min，涂层厚度为200～300μm。
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