本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種金屬表面電接觸強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括：對金屬表面進(jìn)行粗化、清潔預(yù)處理；涂覆材料選用耐磨耐腐蝕的粉末材料；將粘結(jié)劑漿料與涂層粉末材料制備成液態(tài)涂料，并噴覆在金屬表面；采用電接觸強(qiáng)化裝置強(qiáng)化上述預(yù)涂覆層。本發(fā)明專利技術(shù)使用電接觸強(qiáng)化技術(shù)對金屬表面進(jìn)行涂層熔覆處理，可在金屬表面獲得表面質(zhì)量好、內(nèi)部缺陷少、高硬度、高耐磨性、耐腐蝕的涂層，可提高工件的使用壽命。采用液態(tài)涂料的預(yù)涂覆方法制備預(yù)涂覆層，提高了粉末利用率，簡化了操作，節(jié)約了成本，有利于工業(yè)推廣及應(yīng)用。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種電接觸表面強(qiáng)化加工技術(shù)，具體為一種利用接觸電能在金屬基體表面熔覆合金粉末涂層的表面強(qiáng)化方法，屬于材料表面強(qiáng)化
技術(shù)介紹
磨損是金屬構(gòu)件的主要失效形式之一，在各個(gè)工業(yè)部門，許多機(jī)械裝置在其正常使用過程中，表面間會經(jīng)常發(fā)生接觸、沖蝕等等，造成模具表層一定程度的磨損、剝落，久而久之，構(gòu)件會因過度磨損、接觸疲勞而失效。當(dāng)前解決方法之一是在金屬構(gòu)件表面制備一層強(qiáng)化涂層以提高其耐磨損性能。制備強(qiáng)化涂層的方法很多，如激光涂覆、熱噴涂等高能量密度熱源在表面強(qiáng)化技術(shù)方面的研究與應(yīng)用，但是這些技術(shù)都存在著一定程度不足。熱噴涂的涂層與基體為機(jī)械結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度不高。激光涂覆雖然可以達(dá)到冶金結(jié)合，但是涂層內(nèi)容易形成裂紋，表面質(zhì)量不高，還需進(jìn)一步進(jìn)行后續(xù)表面處理，而且還要考慮表面對激光能量的吸收效率的問題。針對涂層與基體材料結(jié)合強(qiáng)度不高的問題，專利號為200810203166.8的中國專利公開一種提高涂層與工件結(jié)合力的電接觸強(qiáng)化裝置和方法。這種方法的原理就是使大脈沖電流通過強(qiáng)化涂層與電極之間，金屬表面涂層在電極壓力作用下利用接觸電阻流經(jīng)脈沖電流時(shí)產(chǎn)生的熱量使涂層與基體發(fā)生熔融擴(kuò)散以達(dá)到冶金結(jié)合的目的。這種專利技術(shù)可以提高熱噴涂后的涂層與金屬基體的結(jié)合方式。但以涂層制備方法角度看，采用熱噴涂方式，有些涂層粉末材料在重復(fù)熱影響過程中容易發(fā)生晶粒長大或氧化脫碳，使涂層性能降低，而且噴涂過程中噪音較大，粉塵污染大。這種方法操作也不夠簡便，涂層粉末浪費(fèi)嚴(yán)重，成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的問題是:涂層粉末材料在噴涂過程中的性能降低、熱噴涂方法不夠簡便、過程噪音大并且涂層粉末浪費(fèi)嚴(yán)重，成本較高。為了解決上述問題，本專利技術(shù)提供一種在金屬表面電接觸強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:I):對金屬表面進(jìn)行粗化、清潔去垢的預(yù)處理；2):采用機(jī)械攪拌法將涂層粉末材料與粘結(jié)劑漿液制成預(yù)涂覆層的液態(tài)涂料；3):將步驟2)制得的液態(tài)涂料預(yù)置在金屬表面形成預(yù)涂覆層；4):電接觸強(qiáng)化預(yù)涂覆涂層:在壓力的作用下，以電接觸熱將預(yù)置的涂覆層熔覆在金屬表面，最終在基體表面制備獲得高硬度、高耐磨性的涂層。優(yōu)選地，所述步驟2)中的涂層粉末材料為碳化鎢類硬質(zhì)合金粉末。優(yōu)選地，所述步驟2)中的粘結(jié)劑漿液的溶質(zhì)為醋酸纖維素和羧甲基纖維素鈉中的任意一種或兩種；溶劑為乙二醇、丙酮、乙醇和蒸餾水中的任意一種或幾種。優(yōu)選地，所述步驟3)具體為:用空氣噴槍將液態(tài)涂料噴覆在所述的金屬基體表面形成預(yù)涂覆層；預(yù)涂覆層形成后，直接強(qiáng)化或加熱干燥后強(qiáng)化。電接觸熔覆技術(shù)是直接利用電能的高密度能量對金屬的表面進(jìn)行涂層熔覆處理的工藝，該技術(shù)成本投入低，涂層與基體結(jié)合良好，并且由于強(qiáng)化時(shí)接觸壓力的存在，可以減少涂層內(nèi)部的缺陷、提高涂層的致密度及表面質(zhì)量，獲得高質(zhì)量的涂層，進(jìn)一步達(dá)到提高硬度和耐磨性、耐蝕性的目的。金屬表面通過電接觸熔覆涂層后，在金屬表面形成三種與金屬基體不同的金相組織，由表及里為白亮層、過渡層、熱影響區(qū)、基體。其中白亮層為涂層；與白亮層靠近的是過渡層，它是涂層中的一些組成元素熔滲擴(kuò)散到基體金屬材料中，然后迅速冷卻硬化而成；熱影響區(qū)主要是由于電接觸加熱的高溫在金屬基體的溫度梯度的影響作用，使金屬基體的原始組織受到不同溫度的影響造成的。本專利技術(shù)采用涂層預(yù)噴覆的方法替代熱噴涂，操作工藝簡單，有效降低了噪音及粉塵污染，而且粉末可回收利用，降低了粉末的浪費(fèi)。電接觸強(qiáng)化后獲得的涂層內(nèi)部缺陷少、表面質(zhì)量好，結(jié)合性能優(yōu)，達(dá)到提高金屬表面硬度、耐磨性、耐蝕性的目的。本專利技術(shù)的有益效果為:1.本專利技術(shù)工藝簡單，成本低，粉末利用率高，制備涂層強(qiáng)化效果好，涂層的顯微硬度高，并且強(qiáng)化層表面光潔、無裂紋，強(qiáng)化顆粒在涂層中分布均勻，強(qiáng)化涂層與基體呈冶金結(jié)合 2.本專利技術(shù)采用的粘結(jié)劑與相對應(yīng)的溶劑配比，可以使涂層粉末混合的更加均勻，形成混合均勻的液態(tài)涂料。在獲得同樣性能的涂層的同時(shí)，進(jìn)一步簡化了操作，而且粉末可回收利用，減少了粉末材料的浪費(fèi)。3.本專利技術(shù)采用空氣噴槍將粉末懸濁液噴覆在金屬基體表面，可以得到表面光潔、粉末顆粒分布均勻的預(yù)涂覆涂層。4.本專利技術(shù)采用電接觸強(qiáng)化的方法制備涂層。接觸電阻熱可瞬時(shí)提供高能量，達(dá)到反應(yīng)所需的溫度，由于強(qiáng)化過程中存在接觸壓力，可以降低涂層內(nèi)部孔洞、空隙等缺陷，使涂層更加致密，并且提高涂層表面質(zhì)量。同時(shí)由于冷卻速度快，會使涂層顆粒及反應(yīng)產(chǎn)物的晶粒來不及長大，細(xì)化涂層晶粒，提高涂層性能。附圖說明圖1為實(shí)施例1的強(qiáng)化涂層橫截面的光學(xué)顯微鏡圖；圖2是實(shí)施例1的涂層粉末材料與強(qiáng)化涂層表面的XRD分析圖；圖3是實(shí)施例1的強(qiáng)化層橫截面的硬度分析圖；圖4是實(shí)施例1的強(qiáng)化層表面磨損量隨時(shí)間變化的分析圖；圖5是實(shí)施例1的強(qiáng)化層表面磨損量隨載荷變化的分析圖具體實(shí)施例方式為使本專利技術(shù)更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例1，包括如下步驟:(I)對金屬表面進(jìn)行粗化、清洗去垢的預(yù)處理，其中金屬基體采用球墨鑄鐵QT600-3,基體組織為鐵素體、珠光體；(2)采用機(jī)械攪拌法制備涂層材料與粘結(jié)劑漿料的液態(tài)涂料:將0-30克醋酸纖維素(CAS號:9004-35-7，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、0_40克羧甲基纖維素鈉(CAS號:9004-32-4，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、0-100ml乙二醇(CAS號:107-21-1，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、0-250ml丙酮(CAS號:67_64_1，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、0_100ml乙醇(CAS號:64-17-5，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)與0-150ml蒸餾水?dāng)嚢杌烊埽玫秸辰Y(jié)劑漿料，粘度為300-500mPa-s ;粉末涂層材料采用WC-12% Co粉末(廈門金鷺特種合金有限公司，粉末粒度為 15-45 μ m，元素含量為 12.09wt.% Co,0.37wt.% Fe,5.18wt.% C)；將涂層粉末與含有粘結(jié)劑溶液進(jìn)行機(jī)械攪拌混合待用；(3)將上述粉體漿料預(yù)置在金屬表面:用空氣噴槍將上述懸濁液噴覆在金屬基體表面，預(yù)涂覆層厚為0.3mm,由于所配粘結(jié)劑漿料的特有性能，剩余粉末可回收再利用，減少了粉末的浪費(fèi)與環(huán)境污染，粉末利用率高；(4)電接觸強(qiáng)化預(yù)涂覆涂層:以電接觸熱能作為熱源加熱金屬基體表面，預(yù)置的混合粉末涂層在高溫和電極壓力的環(huán)境中發(fā)生快速的熱壓燒結(jié)過程，最終在基體表面制備獲得致密、均勻、缺陷少的WC-Co涂層。電接觸強(qiáng)化過程實(shí)驗(yàn)裝置采用專利號為200810203166.8的中國專利公開的電接觸強(qiáng)化裝置，本實(shí)施例強(qiáng)化工藝參數(shù)為:電接觸強(qiáng)化電流I = 19kA，工件轉(zhuǎn)動速度ω = lOOs/r，接觸壓力F = 700N。電接觸表面熔覆WC-Co涂層后，對試樣進(jìn)行線切割，然后對試樣橫截面進(jìn)行預(yù)磨、拋光、腐蝕，觀察涂層橫截面的組織變化(Axiovert 200型光學(xué)顯微鏡，Carl Zeiss,German)并測試涂層的物相變化(D/Max-2550PC X射線衍射儀，Tigaku，Japan)和硬度分布(HXS-1000A型顯微硬度計(jì)，加載載荷500gf，加載時(shí)間10s，上海光學(xué)儀器廠)，最后對涂層表面的滾動磨損性能進(jìn)行分析(MJP-20型滾動磨損試驗(yàn)機(jī)，試樣轉(zhuǎn)速為200r/min，加載載荷為本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種在金屬表面電接觸強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：1)：對金屬表面進(jìn)行粗化、清潔去垢的預(yù)處理；2)：采用機(jī)械攪拌法將涂層粉末材料與粘結(jié)劑漿液制成預(yù)涂覆層的液態(tài)涂料；3)：將步驟2)制得的液態(tài)涂料預(yù)置在金屬表面形成預(yù)涂覆層；4)：電接觸強(qiáng)化預(yù)涂覆涂層：在壓力的作用下，以電接觸熱將預(yù)置的涂覆層熔覆在金屬表面，最終在基體表面制備獲得高硬度、高耐磨性的涂層。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種在金屬表面電接觸強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1):對金屬表面進(jìn)行粗化、清潔去垢的預(yù)處理； 2):采用機(jī)械攪拌法將涂層粉末材料與粘結(jié)劑漿液制成預(yù)涂覆層的液態(tài)涂料； 3):將步驟2)制得的液態(tài)涂料預(yù)置在金屬表面形成預(yù)涂覆層； 4):電接觸強(qiáng)化預(yù)涂覆涂層:在壓力的作用下，以電接觸熱將預(yù)置的涂覆層熔覆在金屬表面，最終在基體表面制備獲得高硬度、高耐磨性的涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在金屬表面電接觸強(qiáng)化涂層的制備方法，其特征...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱世根，齊小犇，朱正坤，韓志兵，
申請(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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