一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的制备方法及涂层材料

摘要

本发明公开了一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的制备方法及涂层材料，制备方法依次包括如下步骤：(1)用铜铝合金粉末和自熔合金粉末均匀混合制得热喷涂混合粉末，该混合粉末中元素质量百分数为铜80～85％，铝9～14％，镍3.8～4.3％，铬0.5～1.5％，铁0.5～1.5％，硼、硅和碳元素各为0～2％的比例准备热喷涂混合粉末；(2)对工件表面进行处理；(3)对工件预热，温度为250～300℃；(4)对工件表面热喷涂打底层；(5)打底层表面热喷涂步骤(1)中的热喷涂混合粉末；(6)重熔处理后冷却，置于350～550℃下保温1～2小时时效处理，冷却后得到涂层。该涂层具有较高的耐磨性和硬度。

说明书

技术领域

本发明涉及表面技术领域，特别是一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的 制备方法及涂层材料。

背景技术

传统的热喷涂高铝青铜涂层均采用铜铝合金粉末进行喷涂，在喷涂过程 中粉末中铝的含量会因为烧损，氧化而降低，导致合金涂层中硬化相不足而 硬度降低，涂层耐磨性比较差。合金粉体粒子不能充分熔化，粒子的之间的 冶金结合性能也较差，组织和性能不均匀。此外大多数热喷涂高铝青铜合金 涂层在实施喷涂之后不再进行后续处理，没有最大程度发挥复杂铝青铜通过 相变沉淀强化涂层作用，因而涂层的硬度不高，耐磨性不够，远远达不到相 同成分的块体高铝青铜的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的制备方法及涂 层材料，该涂层具有较高的耐磨性和硬度，适用于不锈钢制品成形模具的表 面涂层，异质对磨材料表面的减摩耐磨涂层以及密封涂层材料。

为了实现上述目的，本发明提供的一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层材 料，用铜铝合金粉末和自熔合金粉末均匀混合制得热喷涂混合粉末，该混合 粉末中元素质量百分数为铜80～85％，铝9～14％，镍3.8～4.3％，铬0.5～1.5％， 铁0.5～1.5％，硼、硅和碳元素各为0～2％。

利用上述涂层材料制备耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的方法，依次包括 如下步骤：

(1)用铜铝合金粉末和自熔合金粉末均匀混合制得热喷涂混合粉末，该 混合粉末中元素质量百分数为铜80～85％，铝9～14％，镍3.8～4.3％，铬 0.5～1.5％，铁0.5～1.5％，硼、硅和碳元素各为0～2％的比例准备热喷涂混合 粉末；；将热喷涂混合粉末经过球磨研磨均匀，使热喷涂混合粉末颗粒的平均 粒径尺寸为15～35μm；

(2)对待喷涂的工件表面进行喷砂处理，粗化工件表面；

(3)采用外热方式对工件表面进行预热，预热温度控制在250～300℃；

(4)采用热喷涂的方式对工件表面预喷涂打底层，打底层粉末为商用铝 包镍喷涂粉末，粉末颗粒平均粒径尺寸为15～35μm，打底层厚度控制在40 μm以下；

(5)打底层表面热喷涂步骤(1)中的热喷涂混合粉末，喷涂距离 10～50cm，涂层平均厚度控制在1.5～1.8mm；

(6)将喷涂后的涂层进行重熔处理后冷却，然后将工件置于350～550 ℃下保温1～2小时进行时效处理，随炉冷却后得到耐磨热喷涂复合铜铝合金 涂层。

优选地，步骤(5)中的所述热喷涂为火焰喷涂、等离子喷涂或超音速喷 涂。

优选地，所述重熔处理的热源可以是氧乙炔焰火焰、等离子热源，激光 扫描或者感应加热热源，重熔后的冷却方式采用空冷。

优选地，所述时效处理是在保护气氛或者无氧化气氛下进行的。

所述工件的材料包括碳钢，合金钢，铜基合金材料。

本发明提供了一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的制备方法，将铜铝合 金粉末和自熔合金粉末经过合理配比制得均匀混合热喷涂粉末，在热喷涂过 程中由于混合粉末中自熔合金的作用，可以将铜铝合金混合粉中的合金元素 进行合金化，涂层经过重熔冷却后造成涂层中合金元素的过饱和固溶，再经 过时效强化处理后涂层的硬度升高。

附图说明

图1为本发明所提供的火焰喷涂复合铜铝合金涂层表面的电镜照片；

图2为本发明所提供的火焰喷涂复合铜铝合金涂层截面的电镜照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体 实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

(1)按照如下质量百分比的组分准备热喷涂混合粉(每个元素的含量 均为其在整个热喷涂混合粉中的含量)：先准确称取铜铝合金粉末，其中铜含 量为85％，铝含量为9％，然后加入含有镍4.3％，铬0.5％，铁0.5％，硼0.3％、 硅0.2％和碳0.2％的自熔合金粉末，再将混合后的粉末用球磨研磨均匀，控 制粉末的平均粒径为15～35μm后待用。

(2)用规格为60×18×5mm的45钢试样作为基体工件，对其表面 进行喷砂处理，粗化工件表面。

(3)对工件表面进行火焰预热，预热温度控制在250～300℃；

(4)在工件表面用火焰喷涂预喷涂打底层，预喷涂打底粉末为商用铝 包镍喷涂粉末，粉末颗粒平均粒径尺寸15～35μm，打底层厚度控制在40μ m以下；

(5)打底层表面热喷涂步骤(1)中的热喷涂混合粉末，喷涂距离10cm， 涂层平均厚度控制在1.5～1.8mm；氧气和燃料气之比为1.3:1，得到的涂层经 检测硬度为250～300HV。

(6)将喷涂后的涂层进行重熔处理，重熔热源采用氧乙炔焰火焰，处理 后进行空气冷却，然后将工件置于550℃下保温1小时进行时效处理，时效 处理在保护气氛中进行，随炉冷却后得到耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层，经 检测维氏硬度达400～450HV。

火焰喷涂复合铜铝合金涂层表面的电镜照片如图1所示，火焰喷涂复合 铜铝合金涂层截面的电镜照片如图2所示。

实施例2

(1)按照如下质量百分比的组分准备热喷涂混合粉(每个元素的含量 均为其在整个热喷涂混合粉中的含量)：先将准确称取铜铝合金粉末，其中铜 含量为80％，铝含量为14％，然后加入含有镍3.8％，铬1.5％，铁0.5％，硼 0.1％、硅0.05％和碳0.05％的自熔合金粉末，再将混合后的粉末用球磨研磨 均匀，控制粉末的平均粒径为15～35μm后待用。

(2)用规格为Φ120×35mm的高碳高铬钢作为基体工件，对其表面 进行喷砂处理，粗化工件表面。

(3)对工件表面进行火焰预热，预热温度控制在250～300℃；

(4)在工件表面用火焰喷涂预喷涂打底层，预喷涂打底粉末为商用铝 包镍喷涂粉末，粉末颗粒平均粒径尺寸15～35μm，打底层厚度控制在40μ m以下；

(5)打底层表面热喷涂步骤(1)中的热喷涂混合粉末，喷涂距离50cm， 涂层平均厚度控制在1.5～1.8mm；氧气和燃料气之比为1.4:1，得到的涂层经 检测硬度为250～300HV。

(6)将喷涂后的涂层进行重熔处理，重熔热源采用感应加热热源，处理 后进行空气冷却，然后将工件置于350℃下保温2小时进行时效处理，时效 处理在保护气氛中进行，随炉冷却后得到耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层，经 检测维氏硬度达400～450HV。

实施例3

(1)按照如下质量百分比的组分准备热喷涂混合粉(每个元素的含量 均为其在整个热喷涂混合粉中的含量)：先将准确称取铜铝合金粉末，其中铜 含量为82％，铝含量为10％，然后加入含有镍4％，铬0.5％，铁1.5％，硼 1％、硅0.5％和碳0.5％的自熔合金粉末，再将混合后的粉末用球磨研磨均匀， 控制粉末的平均粒径为15～35μm后待用。

(2)用规格为60×18×5mm的45钢试样作为基体工件，对其表面 进行喷砂处理，粗化工件表面。

(3)对工件表面进行火焰预热，预热温度控制在250～300℃；

(4)在工件表面用火焰喷涂预喷涂打底层，预喷涂打底粉末为商用铝 包镍喷涂粉末，粉末颗粒平均粒径尺寸15～35μm，打底层厚度控制在40μ m以下；

(5)打底层表面热喷涂步骤(1)中的热喷涂混合粉末，喷涂距离30cm， 涂层平均厚度控制在1.5～1.8mm；氧气和燃料气之比为1.4:1，得到的涂层经 检测硬度为250～300HV。

(6)将喷涂后的涂层进行重熔处理，重熔热源采用等离子热源，处理后 进行空气冷却，然后将工件置于450℃下保温1.5小时进行时效处理，时效处 理在保护气氛中进行，随炉冷却后得到耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层，经检 测维氏硬度达400～450HV。

以上对本发明所提供的一种耐磨热喷涂复合铜铝合金涂层的制备方法及 涂层材料进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方 式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应 当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提 下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权 利要求的保护范围内。