真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法

摘要

一种真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法，它包括配制耐磨蚀合金粉末涂料，将涂料涂覆于工件表面并干燥，工件在真空状态下300～500℃预热，等离子束熔覆，并缓冷消除应力退火出炉。粉末涂料的组成为：第一类0.1～50％(wt％)的粘接相金属粉末，包括Fe、Ni、Co、Cu、Al、Mn，其中一种或二种以上混合，其余为第二类硬质相粉末，包括W、Cr、Mo、V、Ti、Zr、Nb单质粉末或W、Cr、Mo、V、Ti、Zr、Nb、Si、B的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、金属间化合物粉末，将以上两类粉末加入有机粘接剂，搅拌成粘稠状。用该方法形成的涂层，硬度高，内部致密均匀，外观质量好，方法本身熔覆效率高，操作简单。

说明书

本发明涉及一种真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法，属于机械热处理制造领域。

工程机械及矿山机械中有许多零部件或部位对表面耐冲击磨损、磨粒磨损、和腐蚀磨损性能要求很高，往往由于这些零件或部位磨损失效而导致整个机械不能正常工作。

目前这些零部件的制造方法是，为了满足其工艺要求和冲击韧性，一般都采用锻造及焊接性能良好的高强度低碳低合金结构钢制造，但这类钢的热处理硬度及耐磨性能较低。如果采用耐磨钢(如Mn13)不仅成本高，而且加工性能和焊接性能差，使用中只在表面受冲击部位加工硬化的场合才能提高耐磨性。在加工成型的高强度低碳低合金钢零件耐磨部位局部堆焊耐磨焊条也是常用的一种方法，但是堆焊受焊丝及基材稀释率的影响，硬度及耐磨性提高有限，堆焊的表面质量及操作环境也较差。激光表面熔覆耐磨蚀涂层可以实现高的表面质量和性能，但激光设备投资大，操作环境要求严格，熔覆成本高。与本发明较接近的技术是常压等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层方法。虽然比激光熔覆投资小，但是与激光束相比，由压缩氩弧产生的等离子束流受到空气的冷压缩作用，弧柱稳定性差，截面功率密度分布极不均匀，造成熔覆层的内在质量不一致，等离子弧热效率降低，对熔覆层的冲蚀、氧化和烧损较严重，外观质量不好。

本发明的目的在于克服上述各种表面耐磨强化方法的不足，提出一种真空等离子束表面熔覆耐磨蚀涂层的方法。

本发明的实施步骤为：

1、配制耐磨蚀合金粉末涂料，涂料主要由下列两类物质组成：第一类为粘接相金属粉末，由下列一种或二种以上物质的粉末混合组成：Fe、Ni、Co、Cu、Al、Mn等，二种以上混合时可自由配比。粘接相金属粉末在涂料中所占的重量百分数为0.1～50％(Wt％)。其余为第二类硬质相粉末。硬质相粉末由下列一种或二种以上物质的单质粉末：W、Cr、Mo、V、Ti、Zr、Nb，或下述一种或二种以上物质粉末：W、Cr、Mo、V、Ti、Zr、Nb、Si、B的碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、金属间化合物组成，二种以上混合时可自由配比。配制方法如下：按照比例分别称取上述两类物质的粉末，另外还可加入＜3％(Wt％)的稀土粉末，混合均匀，加入有机粘接剂如醋酸乙烯水溶液等，搅拌至粘稠状备用。

2、将配制好的涂料均匀涂覆于低碳低合金结构钢零部件的易磨损部位表面，将待熔覆工件在工作台上固定压紧，装入真空室干燥后，将真空室密封，开启真空泵抽真空至低于20Kpa，开启红外加热装置预热工件至300～500℃。

3、开启工作台运行，使工件熔覆部位进入等离子炬下方，开启等离子炬氩气或氮气、主电源并高频起弧，进入等离子束熔覆过程，等离子束熔覆工艺参数范围是：氩气或氮气流量为0.5～1.5m³/h，等离子弧放电电压为20～120V，电流为60～350A。

4、熔覆完成后，关闭等离子炬电源和气源，在真空条件下缓冷至低于200℃，停真空泵，工件出炉。

用上述方法在工件表面加工耐磨蚀熔覆涂层，具有以下优点和积极效果：

1、可在零件的易磨损部位获得大面积和较高表面平整度的高结合力、高硬度、高致密性、内在质量均匀一致的熔覆硬化层，减少了后续加工余量，节约了加工工时和合金材料；

2、真空等离子束流不受空气的冷压缩作用，热效率高，弧柱稳定性高，易于控制等离子束流截面的功率密度分布和均匀性，从而减少了熔覆过程对熔池的冲蚀，避免了熔覆层中合金元素的氧化烧损，提高了熔覆效率和熔覆层的外观及内在质量，改善了操作环境；

3、真空等离子熔覆设备兼俱自动行走熔覆、工件预热、消除应力退火、防辐射隔噪声等功能，与激光熔覆相比投资小，功率大，效率高，操作简单。

实施例：

在泥浆泵易损件——眼睛板表面均匀涂覆一层厚度8mm的涂料，涂料组成为：10％(Wt％)的Ni粉，20％(Wt％)的高碳Cr粉，20％(Wt％)的W粉，49％(Wt％)的TiC(Wt％)粉，1％(Wt％)的稀土粉混合均匀，用醋酸乙烯水溶液搅拌至粘稠状。将眼睛板固定于真空熔覆室中的工作台上，密封真空室抽真空后缓慢加热烘干涂料并预热眼睛板至300℃，开动工作台使眼睛板熔覆表面进入等离子炬下方，开启等离子炬氩气、主电源并高频起弧，进入等离子束熔覆过程，熔覆工艺参数为：真空室真空度1Kpa，等离子炬氩气流量1m³/h，等离子弧放电电压40V，电流200A，等离子束流宽度20mm，熔覆扫描速度60mm/min，逐行熔覆扫描，熔覆带重叠2mm，熔覆开始10分钟后停止红外加热。熔覆完成后，关闭等离子炬电源、气源和工作台进给，继续保持真空缓冷至低于200℃，真空室升压至1大气压，打开真空室，待冷却至室温后将眼睛板从工作台上拆卸下来，在磨床上将熔覆层磨平。用该方法生产眼睛板比堆焊方法效率高，用工少，环境好，生产总成本降低10％，使用寿命提高0.5～1倍。