專利名稱：一種基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，屬于零件再制造技術(shù)領(lǐng)域，適用于表面磨損而基體內(nèi)部無損傷零件的再制造修復(fù)和技術(shù)升級。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學技術(shù)和工業(yè)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)對材料的表面性能要求不斷提高，尤其一些經(jīng)常在高溫、高壓、高速、重載、腐蝕的惡劣條件下服役的大型、關(guān)鍵設(shè)備零部件。機械產(chǎn)品的故障往往是由個別零部件的表面失效造成，而摩擦磨損是材料表面失效的主要形式。顆粒增強金屬基復(fù)合材料涂層因其高比強度、高比模量和優(yōu)異的耐磨性，已成為金屬材料表面強化的重要方法。其中，通過外加物料間或外加物料與基體間的相互反應(yīng)形成硬質(zhì)顆粒增強相的耐磨涂層反應(yīng)合成制備方法，由于增強相與涂層同時形成，增強相具有顆粒細小、性能穩(wěn)定、分布均勻、界面潔凈、與基體結(jié)合良好的優(yōu)點，是目前制備性能優(yōu)良耐磨涂層的主要方法之一。再制造是指將機電產(chǎn)品運用高科技進行專業(yè)化修復(fù)或升級改造，使它恢復(fù)到像新品一樣或優(yōu)于新品的批量化制造過程。零件再制造修復(fù)是通過運用相應(yīng)的清洗技術(shù)、修復(fù)技術(shù)和表面處理技術(shù)，使廢舊零部件達到或超過新品的性能，恢復(fù)或延長產(chǎn)品的使用壽命。零件再制造修復(fù)充分利用了廢舊零部件中蘊含的二次資源，節(jié)約了制造新產(chǎn)品所需的能源和原材料，降低了維修成本，而且具有使用方便、操作簡單、方便維修的特點。TiN和TiC含鈦陶瓷涂層以其高硬度、高耐磨性和良好的化學穩(wěn)定性而成為具有巨大應(yīng)用前景的涂層材料。但Ti C涂層太脆，在使用中容易崩落；而TiN涂層在高溫條件下抗氧化、抗磨損能力方面不足，限制了其進一步發(fā)展。TiCN是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的非氧化物材料，亦是一種性能優(yōu)異的涂層材料，它是TiN和TiC的固溶體，兼有兩者的特性和優(yōu)點。與TiC相比，TiCN的塑性、耐磨性更優(yōu)異；與TiN相比，TiCN有更好的抗粘著磨損和抗磨粒磨損性能及更低的摩擦因數(shù)。目前，研究人員就化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子束輔助沉積、等離子體沉積、激光熔覆制備TiCN涂層的工藝、機理及性能進行了大量研究，并取得了豐碩的成果。但上述TiCN涂層制備方法普遍需要超高真空和高壓，而且設(shè)備價格昂貴、耗能多、成本高、工藝復(fù)雜，因而限制了在零件再制造修復(fù)中更加普遍的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述問題，提供一種低成本、高效率、可靠的零件再制造修復(fù)工藝，適用于表面磨損而基體內(nèi)部無損傷零件的再制造修復(fù)及技術(shù)升級。本發(fā)明的目的通過以下措施實現(xiàn)，采用傳統(tǒng)TIG焊機，采用直流正接，以高純氮氣為保護氣體，以工業(yè)鈦鐵粉和石墨粉為原材料，利用氮弧熔覆技術(shù)，在金屬零件表面原位合成TiCN顆粒增強金屬陶瓷耐磨涂層。本發(fā)明的技術(shù)方案如下(I)零件檢驗檢驗零件磨損量,通過無損探傷選擇磨損量δ = O. 2 4. 5mm的內(nèi)部無損傷零件作為再制造修復(fù)對象。(2)球磨混粉將純度不低于98%的鈦鐵粉和碳質(zhì)量分數(shù)不低于98%的石墨粉按鈦碳摩爾比1:1用球磨機混合，球磨介質(zhì)為酒精。(3)調(diào)制漿料將上述球磨混合后的粉末用酒精稀釋聚丙烯酸臘有機粘結(jié)劑調(diào)成糊狀漿料，漿料中聚丙烯酸臘有機粘結(jié)劑與混合粉末的質(zhì)量百分比為1%。(4)零件預(yù)處理將零件置于PH值為11、溫度為85°C的NaOH溶液中煮洗30min，去除零件表面及滲入零件內(nèi)部的油污；采用鑄鋼砂對待修復(fù)表面進行干噴砂處理直到出現(xiàn)金屬光澤；用酒精溶液清洗經(jīng)噴砂處理表面并用熱風吹干。(5)預(yù)置涂層采用刷涂法在處理后的零件表面均勻刷涂厚度d= δ+ο.3 O. 5mm的糊狀漿料，之后將其置入烘干箱烘干直至無水分為止。(6)氮弧熔覆在氮氣保護下用TIG焊機對上述預(yù)置涂層進行搭接燒熔。燒熔工藝條件為直流正接，鎢極直徑I 5mm，電弧長度I 3mm，焊接電流50 500A，氮氣流量10 15L/min，氮氣純度99. 5% 99. 99%，焊接速度I 4mm/s，燒熔道次重疊率30% 50%。

(7)涂層后處理將上述氮弧熔覆后的零件置于600 700°C的熱處理爐，斷電后隨爐冷卻至室溫。(8)涂層檢驗無探傷檢查涂層是否存在裂紋、氣孔、夾渣、未熔透、未焊合缺陷。對涂層中含有所述缺陷的零件予以報廢或剔除涂層后重復(fù)步驟(3) ￠)，直至探傷無所述缺陷為止。(9)涂層后加工按照零件尺寸和表面質(zhì)量要求，對涂層無缺陷的零件進行機械加工。本發(fā)明具有積極的效果本發(fā)明提供的基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，無需預(yù)先合成TiCN粉體，而是利用TiCN形成元素在氮弧燒熔過程中通過反應(yīng)直接合成TiCN顆粒增強金屬陶瓷涂層。熔覆過程中，氮弧能量將預(yù)涂鈦粉和石墨粉的金屬零件基體熔化或熔融為低熔點液態(tài)合金的同時使部分氮氣電離，電離的氮氣及未被電離的氮氣與熔化或熔融的鈦及石墨反應(yīng)生成碳氮化鈦硬質(zhì)相，冷卻凝固后形成以碳氮化鈦為硬質(zhì)相，零件基體金屬為基體相(粘結(jié)相)的碳氮化鈦顆粒增強金屬復(fù)合耐磨涂層。本發(fā)明具有方法簡單、修復(fù)成本低、修復(fù)層耐磨性好、應(yīng)用范圍廣的特點，拓展了 TIG焊的應(yīng)用，為零件再制造修復(fù)提供了新工藝。


圖1是零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層工藝流程圖，圖2是反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層與45#鋼(調(diào)質(zhì)處理)的磨痕對比圖。
具體實施例方式實施例1 :本發(fā)明采用上述基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，對一材質(zhì)為45#鋼的光軸軸頸部分進行再制造修復(fù)。工藝流程見圖1，具體工藝步驟如下(I)用外徑百分表測得軸頸磨損尺寸為O. 45mm, X射線無損探傷發(fā)現(xiàn)軸內(nèi)部沒有損傷。(2)將鈦粉(寧晉縣恒發(fā)鈦粉廠生產(chǎn)，化學成分見表I)和碳質(zhì)量分數(shù)不低于98%的石墨粉(天津大茂化學試劑廠生產(chǎn))按鈦碳摩爾比1: 1(質(zhì)量比47.9 12)用DQM型行星式球磨機混合，球磨介質(zhì)為濃度95%的酒精，球料比5 1，球磨轉(zhuǎn)速120r/min，球磨時間 12h。表I鈦粉化學成分
權(quán)利要求
1.一種基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備エ藝，其特征在于包括如下步驟和エ藝條件 (1)零件檢驗檢驗零件磨損量，通過無損探傷選擇磨損量s= 0. 2 4. 5mm的內(nèi)部無損傷零件作為再制造修復(fù)對象。
(2)球磨混粉將純度不低于98%的鈦鐵粉和碳質(zhì)量分數(shù)不低于98%的石墨粉按鈦碳摩爾比1:1用球磨機混合,球磨介質(zhì)為酒精。
(3)調(diào)制漿料將上述球磨混合后的粉末用酒精稀釋聚丙烯酸臘有機粘結(jié)劑調(diào)成糊狀漿料，漿料中聚丙烯酸臘有機粘結(jié)劑與混合粉末的質(zhì)量百分比為1%。
(4)零件預(yù)處理將零件置于PH值為11、溫度為85°C的NaOH溶液中煮洗30min，去除零件表面及滲入零件內(nèi)部的油污；采用鑄鋼砂對待修復(fù)表面進行干噴砂處理直到出現(xiàn)金屬光澤；用酒精溶液清洗經(jīng)噴砂處理表面并用熱風吹干。
(5)預(yù)置涂層采用刷涂法在處理后的零件表面均勻刷涂厚度d= S +0. 3 0. 5mm的糊狀漿料，之后將其置入60°C烘干箱烘干直至無水分為止。
(6)氮弧熔覆在氮氣保護下用TIG焊機對上述預(yù)置涂層進行搭接燒熔。燒熔エ藝條件為直流正接，鎢極直徑I 5mm，電弧長度I 3mm，焊接電流50 500A，氮氣流量10 15L/min，氮氣純度99. 5% 99. 99%，焊接速度I 4mm/s，燒熔道次重疊率40% ±5%。
(7)涂層后處理將上述氮弧熔覆后的零件置于650°C的熱處理爐，斷電后隨爐冷卻至室溫。
(8)涂層檢驗無探傷檢查涂層是否存在裂紋、氣孔、夾渣、未熔透、未焊合缺陷。對涂層中含有所述缺陷的零件予以報廢或剔除涂層后重復(fù)步驟(3) 出)，直至探傷無所述缺陷為止。
(9)涂層后加工按照零件尺寸和表面質(zhì)量要求，對涂層無缺陷的零件進行機械加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備エ藝，其特征在于氮弧能量將預(yù)涂鈦粉和石墨粉的金屬零件基體熔化或熔融為低熔點液態(tài)合金的同時使部分氮氣電離，電離的氮氣及未被電離的氮氣與熔化或熔融的鈦及石墨反應(yīng)生成碳氮化鈦硬質(zhì)相，所述耐磨涂層為以碳氮化鈦為硬質(zhì)相，零件基體金屬為基體相(粘結(jié)相)的碳氮化鈦顆粒增強金屬復(fù)合耐磨涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于零件再制造修復(fù)的反應(yīng)氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，屬于零件再制造工程領(lǐng)域。該工藝包括確定零件修復(fù)尺寸，檢驗零件內(nèi)部是否有損傷；對零件待修復(fù)表面進行除油、除銹處理；將原材料鈦粉和石墨用球磨機均勻混合后用酒精稀釋粘結(jié)劑調(diào)制成糊狀漿料，并采用刷涂法將其涂覆在待修復(fù)表面并按一定規(guī)范烘干；選用TIG焊機，以工業(yè)純氮為保護氣體，直流正接，進行搭接燒熔；保溫緩冷后用無損探傷方法檢查修復(fù)層質(zhì)量；對修復(fù)層進行機械加工以滿足零件尺寸要求和表面質(zhì)量要求。本發(fā)明具有修復(fù)層耐磨性優(yōu)異、工藝設(shè)備簡單、成本低廉的特點，適用于表面磨損而基體內(nèi)部無損傷零件的再制造修復(fù)及技術(shù)升級。
文檔編號B23K35/34GK103042338SQ20111030913
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者郝建軍, 馬躍進, 李建昌, 趙建國, 馬璐萍 申請人:河北農(nóng)業(yè)大學