线材火焰喷涂设备改进及喷钼工艺研究

摘要

线材火焰喷涂技术因使用成本低，涂层性能优越而得到广泛应用，特别是在再制造过程中发挥着重要作用。随着资源和环境问题的日益突出，近零排放、减小对环境的负面效应、以较少的能源和材料消耗获得高性能涂层成为热喷涂行业长远发展的方向，提高线材火焰喷涂技术的自动化水平和效率是有效途径之一。目前国内使用的线材火焰喷涂设备自动化程度低，在生产环境、生产效率和产品质量方面已明显不适应先进制造与节能环保的要求。加快国产设备的自动化改进，并利用改进后的设备进行相应的工艺研究十分迫切。本文依托国家“863”计划“环保型表面处理技术与装备开发”，对喷砂及线材火焰喷涂成套设备进行自动化改进，并利用改进后的设备进行喷砂和喷钼工艺试验，研究工艺参数对喷钼涂层性能的影响规律。全文主要成果及结论如下：
　　（1）开发了封闭转盘式的自动化喷砂和线材火焰喷涂设备，实现了工件的连续自动加工，包括：喷砂（涂）枪的移动速度、送丝速度、氧气及乙炔流量等参数的数字化精确控制，人机界面设定和调节工艺参数，适用于线材火焰喷涂工艺的自动点火装置，配合火焰、燃气监控等装置实现了线材火焰喷涂设备的自动化工作。
　　（2）研究了喷砂预处理工艺参数对表面性能的影响，结果表明：表面粗糙度Ra、Rz随砂粒尺寸的增大而增大；Ra、Rz随砂枪移动速度的减慢而增大；Ra、Rz随喷砂压力的增大整体表现出增大趋势；Ra、Rz对于喷砂角度的变化不敏感。
　　（3）喷钼工艺试验结果表明，当乙炔充分时，随着氧气流量的增大，涂层的抗拉结合强度和显微硬度明显提高；随着乙炔流量的增大，涂层抗拉结合强度少量增大，显微硬度少量降低。喷涂距离选择90~110mm时，喷涂粒子的温度、速度组合达到最优。送丝速度在300~500mm/min范围内，涂层有较高的抗拉结合强度和显微硬度。
　　（4）涂层抗拉结合强度试验发现，喷钼涂层与钢基体有良好的结合性能，破坏断开位置一般为第一、第二叠层之间，而涂层厚度对抗拉结合强度的影响不明显。
　　（5）干摩擦条件下，喷钼涂层与GCr15配副进行环-块磨损试验结果表明，喷钼涂层的磨损机理以粘着磨损为主，伴随有疲劳磨损；当喷钼涂层的硬度较低时，对偶件GCr15以粘着磨损为主；当喷钼涂层的硬度较高时，对偶件GCr15以磨粒磨损为主，并伴有粘着磨损。稳定磨损阶段的摩擦系数为0.66～0.84，涂层显微硬度越高，稳定磨损阶段的摩擦系数越小，且耐磨性越好。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文拟研究的主要内容

第二章 喷砂及线材火焰喷涂设备的改进

2.1 引言

2.2 工艺流程

2.3 结构设计

2.4 运动系统的设计

2.5 工作气路的设计

2.6 自动点火系统的设计

2.7 可燃气体检测系统

2.8 控制系统

2.9 本章小结

第三章 工艺试验方法与检测设备

3.1 引言

3.2 试样及夹具的制备

3.3 喷砂及喷涂材料的选择

3.4 喷砂基体表面的检测

3.5 喷涂飞行粒子状态测试

3.6 涂层的特性检测

3.7 涂层的摩擦学性能试验

3.8 本章小结

第四章 喷砂预处理工艺研究

4.1 引言

4.2 试验方法及参数

4.3 喷砂工艺参数对基体表面形貌的影响分析

4.4 喷砂工艺参数对涂层结合性能的影响

4.5 本章小结

第五章 线材火焰喷钼工艺对涂层特性的影响研究

5.1 引言

5.2 氧气、乙炔流量对涂层特性的影响

5.3 喷涂距离对涂层特性的影响

5.4 送丝速度对涂层特性的影响

5.5 喷枪往返次数对涂层特性的影响

5.7 本章小结

第六章 喷钼涂层的摩擦学性能研究

6.1 引言

6.2 试验条件及方法

6.3 试验结果及分析

6.4 本章小结

第七章 全文主要成果、结论及展望

7.1 全文主要成果与结论

7.2 研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间的主要工作及发表的文章