專利名稱：一種金屬工件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷/金屬表面涂層制備技術(shù)，具體涉及一種金屬工件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法。
背景技術(shù)：
磨損、腐蝕問題是普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，如水輪機過流部件、船舶的螺旋槳葉片表面、水泵、閥門和閘門、軸承、柴油機、航空發(fā)動機、聲吶、聲學(xué)通信設(shè)備、加工和清洗設(shè)備等。一旦在材料表面產(chǎn)生磨損腐蝕等破壞，材料的性能就會急劇下降，設(shè)備或零部件使用壽命下降，停工停產(chǎn)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟損失
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬工件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，提高了金屬工件表面的硬度、耐磨性、耐沖擊性和耐腐蝕性等，從而延長金屬工件的使用壽命，提高設(shè)備工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種金屬工件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，具體步驟如下
步驟一，熔覆前對電極和金屬工件進行表面預(yù)處理；
步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料為電極，電極直徑為￠1. 5mm 0>8mm，電極伸長量為3
5mm ；
步驟三，通入氬氣，氬氣的流量為3 7L/min，，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極固定轉(zhuǎn)速為2500r/min,熔覆工藝參數(shù)為熔覆功率2500 3500W，熔覆電壓160 220V，熔覆頻率800 2000HZ，比熔覆時間2 5min/cm2 ;涂層厚度為15 30 y m,涂層硬度為1500 1900HV，過渡層厚度為110-150 iim，過渡層硬度為700 1400HV。進一步，所述預(yù)處理步驟為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用工業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢。進一步，所述步驟三中，氬氣流量為3L/min ;熱溶覆工藝參數(shù)為熔覆功率2500W，熔覆電壓160V，熔覆頻率800HZ，比熔覆時間2min/cm2 ;涂層厚度為15 ym，涂層硬度為1500HV ;過渡層厚度為I IOii m，過渡層硬度為700HV。進一步，熱溶覆工藝參數(shù)為熔覆功率3500W，熔覆電壓220V，熔覆頻率2000HZ，比熔覆時間5min/cm2。進一步，熱溶覆工藝參數(shù)為熔覆功率2800W，熔覆電壓180V，熔覆頻率1400HZ，比溶覆時間4. 5min/cm2。本發(fā)明的有益效果為
I、本發(fā)明采用陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料的熔覆制備方法，形成了一層與基體冶金結(jié)合的合金層。本發(fā)明所采用的工藝熔覆后涂層表面強化點密集、均勻，表面耐磨性、耐腐蝕性、耐氣蝕性提高，使用壽命延長；
2、本發(fā)明所采用的熔覆工藝方法不會使材料變形。熔覆時間使材料熔化，甚至形成氣化的高溫，但是由于時間極短，區(qū)域比較小，因此熱作用只發(fā)生在工件表面的微小區(qū)域，就整個工件而言，仍然處于常溫或者低溫狀態(tài)，工件不會退火或者熱變形；
3、在金屬表面熔覆陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料后的涂層厚度、粗糙度等都與采用的工藝參數(shù)有關(guān)，因此可以通過對熔覆參數(shù)的適當(dāng)調(diào)節(jié)和優(yōu)化選擇，來提高沉積層的性能；
4、本發(fā)明所采用的工藝方法不需要特殊、復(fù)雜的處理裝置和設(shè)施，表面強化處理費用較低，而且操作方便，表面強化處理參數(shù)易于控制和達到；
5、本發(fā)明采用具有相當(dāng)硬度的材料對質(zhì)地較差的母材進行表面強化處理，使其表面硬度和性能達到或超過不銹鋼，這種方法能以低廉的價格獲得優(yōu)良的抗蝕、抗磨性能，具有巨大的經(jīng)濟效益。對金屬材料表面熔覆處理后，涂層與基體的結(jié)合非常牢固，不會發(fā)生剝落，能達到提高硬度和耐磨性的目的，即得到高性能、長壽命陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料。本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前景，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。


圖I為本發(fā)明熔覆涂層電極工作原理 圖2為本發(fā)明0Crl8Ni9Ti不銹鋼表面熔覆前后表面形貌圖。
具體實施例方式 以下用實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明
如圖I所示，I為電極(即陽極)，2為涂層，3為過渡層，4為金屬工件(即陰極)，5為等離子電弧。熔覆處理時，通入氬氣，在氬氣環(huán)境中，直接利用電能的高密度能量對金屬工件4的表面進行熔覆處理，電極I采用自身旋轉(zhuǎn)方式，即圍著軸心高速旋轉(zhuǎn)的方式工作，電極I與工件4的表面產(chǎn)生等離子電弧5，涂層2與工件4表面形成冶金結(jié)合層。處理后，表面涂層硬度可達1500 1900HV，過渡層硬度可達700 1400HV，而基體(金屬工件)材料硬度低于500HV，由此可見涂層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長使用壽命。實施例I :以0Crl8Ni9Ti不銹鋼表面熔覆陶瓷硬質(zhì)合金涂層為例，具體步驟如下
步驟一，熔覆前對電極和OCrlSNiOTi不銹鋼金屬工件進行表面預(yù)處理；其表面預(yù)處理方法為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用工業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料WC-8Co為電極，電極直徑為0>1. 5mm,電極伸長量為3
mm ；
步驟三，通入氬氣，流量為3L/min，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極轉(zhuǎn)速為2500r/min，熔覆工藝參數(shù)為熔覆功率2500W，熔覆電壓160V，熔覆頻率800HZ，比熔覆時間2min/cm2。涂層厚度可達15 u m左右，涂層硬度可達1500HV ;過渡層厚度可達110 u m,過渡層硬度可達700HV。
處理后，表面涂層硬度可達1500HV，過渡層硬度可達700HV，而基體材料硬度低于500HV，由此可見涂層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長使用壽命。熔覆前后表面形貌圖如圖2所示，熔覆后涂層表面強化點密集、均勻，其表面耐磨性、耐腐蝕性、耐氣蝕性較熔覆之前提高，使用壽命延長。實施例2 以0Crl3Ni4Mo不銹鋼表面熔覆陶瓷硬質(zhì)合金涂層為例，電極采用WC電極，具體步驟如下
步驟一，熔覆前對電極和0Crl3Ni4Mo不銹鋼金屬工件進行表面預(yù)處理；其表面預(yù)處理方法為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用工業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料WC為電極，電極直徑為則臟，電極伸長量為5 mm ；步驟三，通入氬氣，流量為4L/min，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件 表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極固定轉(zhuǎn)速為2500r/min，熔覆工藝參數(shù)為熔覆功率3500W，熔覆電壓220V，熔覆頻率2000HZ，比熔覆時間5min/cm2。涂層厚度為20 u m,涂層硬度為1600HV，過渡層厚度為120 u m,過渡層硬度為900HV。實施例3 以0Crl3Ni5Mo不銹鋼表面熔覆陶瓷硬質(zhì)合金涂層為例，具體步驟如下
步驟一，熔覆前對電極和0Crl3Ni5Mo不銹鋼金屬工件進行表面預(yù)處理；其表面預(yù)處理方法為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用工業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料WC為電極，電極直徑為0>5mm，電極伸長量為4 mm ；
步驟三，通入氬氣，流量為5L/min，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極轉(zhuǎn)速為2500r/min，熔覆工藝參數(shù)為熔覆功率3000W，熔覆電壓200V，熔覆頻率1800HZ，比熔覆時間4min/cm2。涂層厚度為26 y m，涂層硬度為1800HV，過渡層厚度為140 iim，過渡層硬度為1200HV。處理后，表面涂層硬度可達1800HV，過渡層硬度可達1200HV，而基體材料硬度低于500HV，由此可見涂層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長使用壽命。實施例4 以0Crl3Ni6Mo不銹鋼表面熔覆陶瓷硬質(zhì)合金涂層為例，具體步驟如下
步驟一，熔覆前對電極和0Crl3Ni6Mo不銹鋼金屬工件進行表面預(yù)處理；其表面預(yù)處理方法為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用工業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢；
步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料WC-8Co為電極，電極直徑為0>1. 5mm,電極伸長量為3. 5
mm ；
步驟三，通入氬氣，流量為7L/min，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極轉(zhuǎn)速為2500r/min，熔覆工藝參數(shù)為熔覆功率2800W，熔覆電壓180V，熔覆頻率1400HZ，比熔覆時間5min/cm2。涂層厚度為30iim，涂層硬度為1700HV，過渡層厚度為130 iim，過渡層硬度為1100HV。處理后，表面涂層硬度可達1700HV，過渡層硬度可達1100HV，而基體材料硬度低于500HV，由此可見涂層表面的硬度和耐磨性都有很大的提高，延長使用壽命。
本發(fā)明通過在氬氣的保護下，以陶瓷硬質(zhì)合金為旋轉(zhuǎn)電極，利用熔覆技術(shù)制備了耐磨、耐蝕硬質(zhì)合金涂層，制備的涂層與金屬基體之間呈冶金結(jié)合，結(jié)合強度高，涂層硬度和耐磨性好。本發(fā)明設(shè)備簡單，操作靈活；特點是既可以大面積處理，也可以局部修復(fù)、補強；對于形狀復(fù)雜的立體曲面的表面強化、修復(fù)更具有優(yōu)越性；實用性強，該方法可以在易磨損、腐蝕的設(shè)備或零部件金屬表面形成一種高性能、長壽命新型金屬硬面涂層材料，具有很高的實用價值和巨大的經(jīng)濟效益。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于具體步驟如下 步驟一，熔覆前對電極和金屬エ件進行表面預(yù)處理； 步驟ニ，以陶瓷硬質(zhì)合金材料為電極，電極直徑為φ I. 5mm Φ8πιπι，電極伸長量為3 .5mm ； 步驟三，通入氬氣，氬氣的流量為3 7L/min，，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬エ件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極固定轉(zhuǎn)速為2500r/min,熔覆エ藝參數(shù)為熔覆功率2500 3500W，熔覆電壓160 220V，熔覆頻率800 2000HZ，比熔覆時間2 5min/cm2 ;涂層厚度為15 30 μ m,涂層硬度為1500 1900HV，過渡層厚度為.110-150 μ m，過渡層硬度為700 1400HV。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于所述預(yù)處理步驟為先用砂紙打磨，除去金屬表面顆粒雜質(zhì)和氧化皮，再用エ業(yè)酒精或者丙酮清洗，除去表面污垢。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于所述步驟三中，氬氣流量為3L/min ;熱溶覆エ藝參數(shù)為熔覆功率2500W，熔覆電壓160V，熔覆頻率800HZ，比熔覆時間2min/cm2 ;涂層厚度為15 μ m，涂層硬度為.1500HV ;過渡層厚度為110 μ m，過渡層硬度為700HV。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于熱溶覆エ藝參數(shù)為熔覆功率2500W，熔覆電壓160V，熔覆頻率800HZ，比熔覆時間2min/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于熱溶覆エ藝參數(shù)為熔覆功率3500W，熔覆電壓220V，熔覆頻率2000HZ，比熔覆時間5min/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種金屬エ件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，其特征在于熱溶覆エ藝參數(shù)為熔覆功率2800W，熔覆電壓180V，熔覆頻率1400HZ，比溶覆時間4. 5min/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬工件表面熔覆耐磨耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層的方法，具體步驟如下步驟一，熔覆前對電極和金屬工件進行表面預(yù)處理；步驟二，以陶瓷硬質(zhì)合金材料為電極，電極直徑為Ф1.5mm～Ф8mm，電極伸長量為3～5mm；步驟三，通入氬氣，氬氣的流量為3～7L/min，，在氬氣的保護氛圍下，利用熔覆技術(shù)，在金屬工件表面制備耐磨、耐蝕陶瓷硬質(zhì)合金涂層材料；電極固定轉(zhuǎn)速為2500r/min。本發(fā)明提高了金屬工件表面的硬度、耐磨性、耐沖擊性和耐腐蝕性等，從而延長金屬工件的使用壽命，提高設(shè)備工作的穩(wěn)定性。
文檔編號C23C24/10GK102677050SQ20121018004
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者馮在強, 張瑞珠, 李靜瑞, 程金星, 郭朋彥, 郭鵬 申請人:華北水利水電學(xué)院