專利名稱:在長(zhǎng)零件上獲得涂層的方法
本發(fā)明涉及材料的非機(jī)械加工，更具體地說(shuō)，涉及在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法。
本發(fā)明可有效地應(yīng)用于在形狀復(fù)雜的長(zhǎng)薄壁形另件上獲得涂層。
本發(fā)明所述在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，既可應(yīng)用于加工各種形狀和尺寸的另件，又可應(yīng)用于修復(fù)這些另件的磨損部分并同時(shí)獲得給定的特性(磨擦特性，抗磨擦特性，耐腐蝕性，高溫穩(wěn)定性和耐熱性)。
已知一種獲得涂層的方法(參見(jiàn)A.B.ASPa WNW《自熔硬質(zhì)合金精密磨擦副硬化過(guò)程的研究》，研究報(bào)告，布良運(yùn)輸機(jī)械制造研究所，1977，P.P84～93)。
這種已知的獲得涂層的方法，首先是在用生鐵或鋼制成的另件上進(jìn)行噴涂，亦即用氣體熱噴涂的方法，涂層的材料由粉末狀自熔合金Ni-B-Si(鎳-硼-硅)和由Cr，B，W(鉻，硼，鎢)等的碳化物制成的硬化添加劑組成。
為了提高涂層材料和另件材料的結(jié)合強(qiáng)度，通過(guò)將帶有涂層的另件浸入加熱到比涂層材料的熔化溫度至少高出50℃的熔融的鹽(例如鋇鹽中)，使其加熱到涂層熔化的溫度，再在這個(gè)溫度下保持1～3分鐘，然后將另件從浴槽中取出并冷卻。
將帶有涂層的另件浸入熔融的鹽中能使涂層熔化，與噴涂狀態(tài)相比，能夠提高涂層的致密性，增加涂層與另件的結(jié)合強(qiáng)度。
將另件冷卻到室溫以后，從其表面上除去鹽的渣殼。如果鹽的渣殼清除不干凈，在沒(méi)有涂層保護(hù)的那部分另件表面就會(huì)產(chǎn)生晶粒間的腐蝕現(xiàn)象。
在實(shí)施這種已知的獲得涂層的方法時(shí)，為了熔化另件上的涂層，不可能沿另件的整個(gè)長(zhǎng)度將其牢靠地固定，特別是長(zhǎng)另件和形狀復(fù)雜的另件。
在另件的加熱過(guò)程中，這常常會(huì)導(dǎo)致其彎曲。將帶涂層的另件在空氣中冷卻時(shí)，由于排熱不均勻，特別是對(duì)于那些形狀復(fù)雜的另件，也會(huì)使另件彎曲。
在這種情況下，加工過(guò)程和使用中積蓄在另件中的應(yīng)力，會(huì)使另件彎曲及變形。
當(dāng)將帶涂層的另件保持在熔融的鹽中時(shí)，很難確定必需的靜置時(shí)間-即用于使涂層完全熔化所必需的時(shí)間。
如果帶涂層的另件在熔融的鹽中靜置時(shí)間不足，就會(huì)使涂層材料不能完全熔化，亦即不能使涂層的整個(gè)厚度熔化;而如果靜置的時(shí)間大于最佳時(shí)間，則會(huì)導(dǎo)致被熔融涂層部分物質(zhì)的漫流。
當(dāng)在橫截面變化形狀復(fù)雜的另件表面涂敷涂層時(shí)，往往出現(xiàn)在帶涂層另件的整個(gè)體積范圍內(nèi)不均勻加熱的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致熔化和隨后在空氣中冷卻的過(guò)程中另件的彎曲。這種情況下，在另件截面變化的部位，涂層材料中可能會(huì)出現(xiàn)裂紋，就會(huì)降低涂層的使用性能，并且會(huì)由于截面較小部位的過(guò)熱而使形成的涂層厚度不均勻。
在沒(méi)有被涂層完全復(fù)蓋的另件表面上，在涂層熔化的過(guò)程中，那些未被涂層保護(hù)的另件部位會(huì)由于跟熔融鹽的相互作用而遭到腐蝕。在殘余的鹽從未復(fù)蓋涂層的另件表面沒(méi)完全消除的情況下，另件在空氣中冷卻以后，晶粒間的腐蝕現(xiàn)象就會(huì)增強(qiáng)。
本發(fā)明的任務(wù)在于創(chuàng)造一種在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，這種方法能保證獲得高質(zhì)量的涂層而使形狀復(fù)雜的長(zhǎng)另件不致變形。
此任務(wù)的解決手段是，長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法在于另件的表面上敷上涂層，將涂層加熱到熔化的溫度，然后冷卻。根據(jù)本發(fā)明，在涂層熔化之前先將另件放入粉末狀的耐火材料中，把耐火材料壓實(shí)以使另件固定，就在這個(gè)耐火材料中使涂層熔化，然后將另件保持在使涂層熔化的溫度下，直到在涂層材料與另件材料之間生成中間擴(kuò)散帶，而后在粉末耐火材料中進(jìn)行冷卻，直到涂層材料結(jié)晶。
由于是將另件放入壓實(shí)的粉末耐火材料中，于是就用最容易達(dá)到和最便宜的手段將帶涂層的另件可靠地固定住。任何形狀的另件和不論涂層的材料如何，都能用粉末耐火材料可靠地固定。這是由于壓實(shí)的粉末耐火材料即使在另件上有空穴及各種凸凹部分的情況下，也能夠沿另件整個(gè)表面緊密地貼合。
用這種方法固定的帶有涂層的另件，在加熱到涂層熔化的過(guò)程中不會(huì)彎曲。在這種情況下，制造和在先的使用過(guò)程中另件內(nèi)積存的應(yīng)力，會(huì)均勻地分布在另件的整個(gè)體積范圍內(nèi)，不會(huì)引起另件的變形。
由于帶涂層的另件是在使涂層熔化的溫度下保持在固定狀態(tài)的，于是就產(chǎn)生熔融的涂層與另件表面的相互作用而形成中間擴(kuò)散帶。
涂層材料與另件材料之間中間擴(kuò)散帶的存在，保證了涂層與另件表面牢固地結(jié)合;由于涂層材料與另件材料之間物理機(jī)械性能的平穩(wěn)變化，保證了帶涂層的另件有很高的使用性能。
在實(shí)施所推薦的在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法時(shí)，可以將帶有熔化了的涂層的另件保持更長(zhǎng)的時(shí)間而不致使涂層漫流，這是因?yàn)榉勰┠突鸩牧暇o密地貼向帶涂層的另件，能阻止涂層漫流。在這種情況下，另件也不會(huì)彎曲。
當(dāng)涂層在粉末耐火材料中熔化以后，將帶涂層的另件冷卻到使涂層材料結(jié)晶的溫度，就能得到厚度均勻的涂層而沒(méi)有凸瘤和氣泡。
將帶有熔化了的涂層的另件從粉末耐火材料中取出以后，另件上沒(méi)有涂層保護(hù)的那些部位不會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。
建議采用一種粉末耐火材料，它是帶不同細(xì)度的兩種組分的混合物占總量60～90%細(xì)度為0.1～0.7mm的粉末和占總量40～10%細(xì)度為0.01～0.05mm的粉末。
采用上述由不同細(xì)度的兩種組分的混合物構(gòu)成的粉末耐火材料，可以將粉末狀材料壓實(shí)到預(yù)定的程度，就有可能更可靠地固定帶涂層的另件。
當(dāng)粉末粒子的細(xì)度為0.1～0.7mm，其在粉末耐火材料中的含量小于總量的60%時(shí)，就難以在整個(gè)體積上將粉末耐火材料壓實(shí)。
當(dāng)上述粉末粒子在粉末耐火材料中的含量超過(guò)90%時(shí)，帶涂層另件在涂層熔化之前固定的可靠性就會(huì)降低。
在粉末粒子的細(xì)度小于0.1mm并占總量的60～90%的情況下，由于粒子趨向于自然粘合，所以在整個(gè)體積上將粉末耐火材料壓實(shí)就會(huì)有困難。
當(dāng)粉末粒子的細(xì)度大于0.7mm并占總量的60～90%時(shí)，帶有涂層的另件固定的可靠性就要降低，同時(shí)降低涂層厚度的均勻性，涂層的粗糙度加劇，而為了消除這種粗糙度就需要附加的機(jī)械加工。
當(dāng)粉末粒子的細(xì)度為0.01～0.05mm并不超過(guò)總量的10%時(shí)，在粉末耐火材料整個(gè)體積上不能作到最大限度的壓實(shí)，這是因?yàn)榇罅Ｗ娱g空穴的體積大于小粒子的體積。
當(dāng)粉末粒子的細(xì)度為0.01～0.05mm并高于總量的40%時(shí)，由于粒子趨向于自然粘合，粉末耐火材料難以均勻地壓實(shí)。
當(dāng)粉末粒子的細(xì)度大于0.05mm并占總量的40～10%時(shí)，由于大量孔隙的存在，不能作到粉末耐火材料最大限度地壓實(shí)，因?yàn)椴皇撬写罅Ｗ娱g的空穴都被填滿。
當(dāng)粒子的細(xì)度小于0.01mm并占總量的40～10%時(shí)，粉末耐火材料均勻壓實(shí)的可能性急劇下降，粒子自然粘合的趨向加大，難以保持以給定的細(xì)度比例構(gòu)成的混合物的成分。這是因?yàn)樾〉牧Ｗ幼優(yōu)閼腋顟B(tài)而形成塵霧。
最好采用由石英砂、粉末耐火土和鋯的精砂組成的材料作為粉末耐火材料。
上述材料在自然界中分布廣泛，大量應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中，易得且便宜，況且它們還具有很高的耐熱性。
此外，這些材料可以在生產(chǎn)中多次應(yīng)用。上述耐火材料的松散特性能將它們以最初的高密度進(jìn)行充填。這在涂層熔化過(guò)程中能促使另件可靠地固定。
粉末耐火材料最好壓實(shí)到1.65～2.8克/厘米3的密度。
對(duì)于所選的這樣一組材料石英砂、粉末耐火土、鋯的精砂來(lái)說(shuō)，將它壓實(shí)到上述范圍的密度是最合適的。這樣就能以最可靠的程度將帶涂層的另件固定住。
如果粉末壓實(shí)的密度低于1.65克/厘米3，則帶涂層的另件固定的可靠性就會(huì)降低。此外，在將另件加熱到涂層熔化溫度的過(guò)程中會(huì)加劇另件的彎曲，并使壓實(shí)的粉末耐火材料將熔融的涂層材料保持不漫流的能力降低。
將粉末耐火材料壓實(shí)到高于2.8克/厘米3的密度，在實(shí)踐中難以實(shí)現(xiàn)，況且還會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的能量消耗。
在采用其它的粉末耐火材料時(shí)，密度值會(huì)有所不同。
粉末耐火材料最好采用振動(dòng)的方法以6～8赫的頻率進(jìn)行壓實(shí)。
當(dāng)粉末耐火材料采用上述一組材料時(shí)，用上述的振動(dòng)頻率范圍將它壓實(shí)，帶涂層的另件就能可靠地固定住。
當(dāng)用低于6赫的頻率壓實(shí)耐火材料時(shí)，就會(huì)降低壓實(shí)過(guò)程的生產(chǎn)率。
當(dāng)用高于8赫的頻率進(jìn)行壓實(shí)的時(shí)候，由于在粉末耐火材料中有使機(jī)械振動(dòng)衰減的趨勢(shì)，會(huì)降低壓實(shí)的效果。這會(huì)使壓實(shí)的過(guò)程延長(zhǎng)并使粉末耐火材料固定帶涂層另件的能力降低。
因此，根據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，能夠確保在形狀復(fù)雜的另件，特別是長(zhǎng)另件上獲得高質(zhì)量的涂層。
在實(shí)施所提出的獲得涂層的方法時(shí)，另件不會(huì)變形，也不會(huì)彎曲，尤其是長(zhǎng)另件和薄壁另件。在這種情況下能夠得到給定厚度的涂層，此后只需稍微進(jìn)行機(jī)械加工。涂層材料和另件材料的結(jié)合強(qiáng)度，實(shí)際等于鋁鑄件的斷裂強(qiáng)度。
上面提出的在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，實(shí)施起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單，不需要采用復(fù)雜的設(shè)備和稀缺的材料。
參照附圖，通過(guò)研究具體的實(shí)施例，本發(fā)明的上述特征和其它優(yōu)點(diǎn)將會(huì)看得很清楚。附圖中繪有盛料的容器，為了實(shí)施本發(fā)明在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，將帶涂層的另件放在該容器內(nèi)，并用粉末耐火材料將容器填滿。
根據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在下面的文字?jǐn)⑹鲋袑⒉捎谩八扑]的方法”。
所推薦的方法以下述方式實(shí)施。
將需進(jìn)行噴涂的長(zhǎng)另件準(zhǔn)備好，亦即，準(zhǔn)備進(jìn)行噴涂的表面先進(jìn)行粗機(jī)械加工，以清除氧化層并產(chǎn)生能改善涂層和另件間結(jié)合情況的細(xì)微的粗糙表面。
此后將另件1安置到任何已知結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中(圖中未示出)，并用熱噴涂的方法進(jìn)行涂敷，使涂層2具有給定的厚度和形狀，在所述情況下是用氣體火焰進(jìn)行熱噴涂，對(duì)于中等程度的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，這種方法是熟知的。
然后將帶有涂層2的另件1沿著垂直的縱向幾何軸3a放入杯形容器3中，使另件1的下部與容器3的內(nèi)底面保持一段距離，而另件1的外側(cè)表面相對(duì)于容器3的內(nèi)側(cè)表面留有空隙。
在另件1的外表面和容器3壁的內(nèi)表面之間的空隙中填滿粉末耐火材料4，為了支撐另件1，在容器3的底部預(yù)先撒上一部分粉末耐火材料。
壓實(shí)材料4，以便將另件1固定。
然后，將裝有被壓實(shí)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結(jié)構(gòu)的爐中(圖中未示出)。也可以采用其它的加熱方法，例如用感應(yīng)器加熱。
在爐中，將容器3、帶涂層2的另件1和材料4加熱到使涂層2的材料熔化。
在這之后將另件1保持在讓涂層熔化的溫度，以便在涂層材料2和另件材料1之間生成中間擴(kuò)散帶，保持的時(shí)間長(zhǎng)短由實(shí)驗(yàn)確定。
擴(kuò)散帶的形成是通過(guò)涂層材料2和另件材料1的相向滲透，并且是一個(gè)中間材料層，它具有介于涂層材料2和另件材料1的性質(zhì)之間的中間物理機(jī)械性質(zhì)。這個(gè)擴(kuò)散帶的存在，保證了涂層2和另件1有很高的結(jié)合強(qiáng)度以及使涂層具有高的工作效率。
當(dāng)保持時(shí)間結(jié)束以后，就將裝有另件1和材料4的容器3冷卻到涂層材料2結(jié)晶。
因此，涂層2的給定形狀會(huì)保持在另件1上。
當(dāng)另件1冷卻到室溫以后，將容器3翻轉(zhuǎn)，在倒出材料4的同時(shí)將另件1取出。
然后將另件1進(jìn)行機(jī)械加工，直到獲得所需的尺寸。
用具體的例子對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。
例一、另件1是由高強(qiáng)度生鐵制成的分配軸，當(dāng)軸的表面用上述方法制備好以后，用氣體火焰噴涂的方法在其表面上涂敷涂層2，涂層2是由大家都知道的鉻化硼“KOAMOHa”型合金組成。
繼之將軸1放入容器3中，在容器3中撒上石英砂4，這是一種具有不同細(xì)度的兩種組分的混合物占總量60%的細(xì)度為0.2mm的粉末和占總量40%的細(xì)度為0.01mm的粉末。
在這之后，用頻率為6赫的振動(dòng)將石英砂壓實(shí)到密度為1.65克/厘米3。
將裝有分配軸1的容器3(該分配軸是用壓實(shí)的石英砂固定的)放入爐中并加熱到使涂層2熔化。
然后將軸1保持在1100℃的熔化溫度下，并冷卻到涂層材料結(jié)晶，如上所述。
當(dāng)冷卻到室溫以后，從容器3中取出軸1并對(duì)它進(jìn)行最后的機(jī)械加工。
例二、由高強(qiáng)度生鐵制成的分配軸1，在它的表面制備好并且涂敷上涂層以后，按上所述放入容器3中。
在這之后，在容器3中撒上粉末耐火材料4，亦即帶粉末耐火土添加劑的石英砂，此粉末耐火材料4是一種具有不同細(xì)度的兩種組分的混合物占總量80%的細(xì)度為0.1mm的粉末和占總量20%的細(xì)度為0.03mm的粉末。用頻率為7赫的振動(dòng)方法將粉末耐火材料壓實(shí)到1.8克/厘米3的密度。
繼之將帶涂層2的軸1放入爐中加熱到使涂層2熔化，并保持在1100℃的溫度下，此后將軸1冷卻到涂層2結(jié)晶。
當(dāng)冷卻到室溫以后，將軸1從容器3中取出并進(jìn)行最后的機(jī)械加工。
例三、如前所述，將帶有涂層2和由高強(qiáng)度生鐵制成的分配軸1放入容器3中。
為了將軸1固定，在容器3中撒上粉末耐火材料4，亦即鋯的精砂4，這是一種具有不同細(xì)度的兩種組分的混合物;占總量90%的細(xì)度為0.7mm的粉末和占總量10%的細(xì)度為0.05mm的粉末。
當(dāng)鋯的精砂以8赫的振動(dòng)頻率壓實(shí)到2.8克/厘米3的密度以后，在爐中將涂層2的材料熔化，并保持在1100℃的溫度下，之后冷卻到涂層2結(jié)晶。
在冷卻到室溫以后，將軸1從容器3中取出并進(jìn)行最后的機(jī)械加工。
當(dāng)實(shí)施所推薦的在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法時(shí)，能夠獲得高密度的、厚度均勻的涂層，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大于200MPa(兆帕斯卡)。
在涂層熔化以后，另件的幾何變形在1200mm的長(zhǎng)度上為0.1～0.3mm。
這些帶涂層的另件，經(jīng)試驗(yàn)證明具有很高的可靠性和增大的使用壽命。
根據(jù)所推薦的獲得涂層的方法，能夠容易而簡(jiǎn)單地獲得用于各種目的的、與另件結(jié)合可靠的涂層可提高耐磨性，防腐蝕性，硬化，獲得磨擦和抗磨擦性能等等。
在實(shí)施所推薦的獲得涂層的方法時(shí)，不需要使用昂貴的專用設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種在長(zhǎng)另件上獲得涂層的方法在于，在另件(1)的表面上涂敷涂層材料(2)，將涂層(2)加熱到熔化，然后冷卻，其特征在于在涂層(2)熔化之前先將另件(1)放入粉末耐火材料(4)中，將粉末耐火材料壓實(shí)以固定另件(1)，并在其中將涂層(2)熔化，然后在涂層(2)熔化的溫度下將另件(1)保持，直到在涂層材料(2)和另件材料(1)之間形成中間擴(kuò)散帶，再在粉末耐火材料(4)中冷卻到涂層材料(2)結(jié)晶。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于采用粉末耐火材料，這是一種具有不同細(xì)度的兩種組分的混合物占總量60～90%的細(xì)度為0.1～0.7mm的粉末和占總量40～10%的細(xì)度為0.01～0.05mm的粉末。
3.根據(jù)權(quán)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、鋯的精砂所構(gòu)成的材料作為粉末耐火材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，將粉末耐火材料壓實(shí)到1.65～2.8克/厘米3的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于用振動(dòng)的方法，以6～8赫的頻率將粉末耐火材料壓實(shí)。
專利摘要
在長(zhǎng)零件上獲得涂層的方法在于，在零件(1)的表面上涂敷涂層材料(2)。將帶涂層(2)的零件(1)放入粉末耐火材料(4)中，把粉末耐火材料(4)壓實(shí)以固定零件(1)并將涂層(2)在該耐火材料中熔化。然后，在涂層(2)熔化的溫度下將零件(1)保持到在涂層(2)的材料與零件(1)的材料之間形成中間擴(kuò)散帶。在粉末耐火材料(4)中冷卻到涂層材料(2)結(jié)晶。
文檔編號(hào)C23C4/18GK87104702SQ87104702
公開(kāi)日1988年12月28日 申請(qǐng)日期1987年6月10日
發(fā)明者瓦蘭丁·彼得羅波夫·內(nèi)查耶夫, 瓦勒里·伊萬(wàn)諾維奇·阿克馬托夫, 根那迪·伊萬(wàn)諾維奇·波布里亞科夫, 玻利斯·A·波普林 申請(qǐng)人:汽車(chē)工業(yè)工藝科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan