一种复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法与流程

1.本发明属于复合超音速火焰喷涂应用领域，涉及一种复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法。


背景技术：

2.超音速火焰喷涂(简称hvof)是20世纪80年代早期在普通火焰喷涂的基础上开发的一种新型热喷涂技术。它使用氢、乙炔、丙烯、煤油等作为燃料，以氧气作为助燃剂，并且在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧，产生温度高达2000～3000℃、速度2100m/s以上的超音速燃烧火焰，同时将粉末送进火焰中，得到熔化或半熔化的粒子高速沉积在基体表面，形成涂层。
3.hc
‑
276(hastelloy c
‑
276)哈氏合金为镍铬钼合金，具有耐高温、耐腐蚀等特性。该合金在氧化和还原状态下，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性。出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂性能。该合金适用于各种含有氧化和还原性介质的化学流程工业。较高的钼、铬含量使合金能够耐氯离子的侵蚀，钨元素也进一步提高了其耐腐蚀性。hc
‑
276是仅有的几种能够耐潮湿氯气、次氯酸盐以及二氧化氯溶液腐蚀的材料之一，该合金对高浓度的氯化盐溶液具有显著的耐腐蚀性。
4.虽然超音速火焰喷涂具有较高的结合强度，但结合方式任主要为机械结合，并且涂层内部孔隙存在影响其致密性，进而导致涂层性能均匀性较差，易产生局部剥落或者局部腐蚀，造成涂层改性效果失效。因此，本发明考虑使用感应加热对涂层重熔，进一步提高涂层致密度，同时降低表面粗糙度和涂层孔隙率，从而提升其耐磨性能。


技术实现要素：

5.为了提高hc
‑
276材料的使用性能、延长使用寿命，本发明的目的在于提供一种复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，该方法主要针对hc
‑
276表面喷涂ni60 多种含量wc颗粒的多性能复合涂层，并利用感应加热对涂层进行感应重熔，提高涂层均匀性、致密性、降低表面粗糙度，同时实现涂层与集体界面元素互扩散形成连续的界面冶金结合。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
7.一种复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，包括如下步骤：
8.(1)将hc
‑
276合金基材待喷涂表面的油污和缺陷部位清除干净；
9.(2)使用喷砂设备对hc
‑
276合金基材待喷涂表面进行均匀喷砂处理；
10.(3)选用超音速火焰喷涂对零部件表面进行喷涂处理获得喷涂涂层，使用的粉末为ni60镍基合金粉末 陶瓷wc颗粒的复合粉末，复合粉末中陶瓷wc颗粒重量比例3～45％；
11.(4)利用感应加热对喷涂涂层进行感应重熔。
12.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，步骤(1)中，将待喷涂零部件装夹在车床上，采用无水乙醇和丙酮清洗待喷涂区域表面油污后，将零件表面缺陷部位打磨去除。
13.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，步骤(2)中，喷砂设备使用白刚玉对待喷涂表面进行喷砂处理。
14.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，步骤(3)中，复合粉末使用球磨机将不同比例的ni60镍基合金粉末和陶瓷wc颗粒均匀混合，具体为：ni60镍基合金粉末粒度10～45μm，陶瓷wc颗粒粒度20～100nm，球磨机转速300～400r/min，球磨时间1～2h。
15.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，步骤(3)中，超音速火焰喷涂优化参数为：氧气流量130～180l/min、丙烷流量40～60l/min、空气流量240～320l/min、送粉速度25～45g/min，喷涂线速度700～1500mm/s。
16.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，步骤(4)中，使用感应加热重熔喷涂涂层，感应加热的温度650～1250℃。
17.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，按重量百分比计，hc
‑
276合金基材的化学成分范围如下：cr14.5～16.5，fe4.0～7.0，mo15.0～17.0，w3.0～4.5，co≤2.5，mn≤1.0，ni余。
18.所述的复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层工艺方法，按重量百分比计，ni60镍基合金粉末化学成分范围如下：c0.6～1.1，si≤4.5，mo≤3.0，cr14～17.5，b2.0～4.5，fe3.0～5.0，ni余；陶瓷wc颗粒纯度在99.5wt％以上。
19.本发明的设计思想是：
20.本发明主要目的在于通过超音速火焰喷涂制备多种高硬度耐磨涂层，同时复合感应加热降低涂层表面粗糙度并有效提高涂层致密度和耐磨性，涂层与集体界面元素互扩散形成连续的界面冶金结合，从而实现致密均匀高硬度耐磨涂层的制备。首先将待喷涂零部件表面的油污及缺陷清除干净，通过喷砂处理洁净涂层界面并提高界面粗糙度，其次根据实际应用要求选用超音速火焰喷涂设备在零部件表面制备多性能涂层，最后利用感应加热对涂层进行感应重熔，实现提高涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度并提升耐磨性的目的。
21.本发明所达到的有益效果是：
22.1、本发明通过球磨机将ni60、wc两种粉末均匀混合，可根据实际应用要求，优化配比粉体组分使其所能达到的多种性能，实现柔性化、绿色化，可控性涂层制造。
23.2、本发使用感应加热设备对涂层进行感应重熔，不仅实现涂层与集体界面元素互扩散形成连续的界面冶金结合，更重要是有效改善涂层均匀性、致密性，并且降低涂层表面粗糙度，提升涂层整体耐磨性能。
附图说明
24.图1(a)
‑
(b)为实施例1超音速喷涂涂层和复合感应加热的喷涂涂层。其中，图1(a)为超音速喷涂涂层，图1(b)为复合感应加热的喷涂涂层。
25.图2为实施例1为任一长度段24mm的超音速喷涂涂层和复合感应加热喷涂涂层(复合超音速涂层)的显微硬度分布。
具体实施方式
26.在具体实施过程中，本发明首先将待喷涂零部件表面的油污及缺陷清除干净，通
过喷砂处理洁净涂层界面并提高界面粗糙度，其次根据实际应用要求选用超音速火焰喷涂设备在零部件表面制备多性能涂层，最后利用感应加热对涂层进行感应重熔，实现提高涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度。
27.以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
28.实施例1
29.本实施例中，按重量百分比计，hc
‑
276合金管件的化学成分如下：cr15.5，fe5.0，mo16，w3.5，co1.2，mn0.7，ni余。
30.复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
31.(1)将hc
‑
276合金管件待喷涂表面的油污和缺陷部位清除干净；
32.(2)使用喷砂设备对待喷涂表面进行均匀喷砂处理；
33.(3)选用超音速火焰喷涂对零部件表面进行喷涂处理，使用的粉末为ni60 wc复合粉末，其中陶瓷wc颗粒重量占复合粉末比例20％；
34.按重量百分比计，ni60镍基合金粉末化学成分如下：c0.8，si3.2，mo2.6，cr15.7，b2.4，fe4.1，ni余；陶瓷wc颗粒纯度为99.6wt％。
35.(4)利用感应加热对喷涂涂层进行感应重熔；
36.步骤(1)中，将待喷涂零部件装夹在车床上，采用无水乙醇和丙酮清洗待喷涂区域表面油污后，将零件表面缺陷部位打磨去除。
37.步骤(2)中，喷砂设备使用白刚玉对待喷涂表面进行喷砂处理。
38.步骤(3)中，使用球磨机将ni60和wc均匀混合，ni60粉末粒度10～45μm，wc颗粒粒度20～100nm，球磨机转速使用350r/min，球磨时间1.5h；超音速火焰喷涂优化参数为氧气流量150l/min、丙烷流量45l/min、空气流量270l/min、送粉速度35g/min，喷涂线速度900mm/s，超音速喷涂涂层厚度为0.25～0.35mm，表面粗糙度低于rz80μm，硬度为830hv
0.1
。
39.步骤(4)中，使用感应加热重熔涂层，感应加热的温度1100℃，重熔时间5min，复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层厚度为0.25～0.35mm，表面粗糙度低于rz30μm，硬度为860hv
0.1
，提高涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度并提升耐磨性。
40.如图1(a)
‑
(b)所示，由实施例1超音速喷涂涂层和复合感应加热的喷涂涂层可以看出，复合感应加热后涂层提高了涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度。
41.如图2所示，由实施例1为任一长度段24mm的超音速喷涂涂层和复合感应加热的喷涂涂层的显微硬度分布可以看出，复合感应加热后涂层内部硬度均匀性更为良好。
42.上述实施例中，根据所需使用性能按照既定比例添加20％wc陶瓷颗粒，使用超音速火焰喷涂设备制备喷涂涂层，然后感应加热对涂层进行重熔，涂层的表面均匀性、致密性及粗糙度得到有效改善。
43.实施例2
44.本实施例中，按重量百分比计，hc
‑
276合金管件的化学成分如下：cr15.5，fe5.0，mo16，w3.5，co2.3，mn0.4，ni余。
45.复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
46.(1)将hc
‑
276合金管件待喷涂表面的油污和缺陷部位清除干净；
47.(2)使用喷砂设备对待喷涂表面进行均匀喷砂处理；
48.(3)选用超音速火焰喷涂对零部件表面进行喷涂处理，使用的粉末为ni60 wc复合粉末，其中陶瓷wc颗粒重量占复合粉末比例40％；
49.按重量百分比计，ni60镍基合金粉末化学成分如下：c0.65，si2.3，mo1.3，cr14.9，b3.6，fe3.4，ni余；陶瓷wc颗粒纯度在99.7wt％。
50.(4)利用感应加热对喷涂涂层进行感应重熔；
51.步骤(1)中，将待喷涂零部件装夹在车床上，采用无水乙醇和丙酮清洗待喷涂区域表面油污后，将零件表面缺陷部位打磨去除。
52.步骤(2)中，喷砂设备使用白刚玉对待喷涂表面进行喷砂处理。
53.步骤(3)中，使用球磨机将ni60和wc均匀混合，ni60粉末粒度10～45μm，wc颗粒粒度20～100nm，球磨机转速使用350r/min，球磨时间1.5h；超音速火焰喷涂优化参数为氧气流量180l/min、丙烷流量55l/min、空气流量280l/min、送粉速度30g/min，喷涂线速度700mm/s超音速喷涂涂层厚度为0.25～0.35mm，表面粗糙度低于rz90μm，硬度为910hv
0.1
。
54.步骤(4)中，使用感应加热重熔涂层，感应加热的温度1200℃，重熔时间6min，复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层厚度为0.25～0.35mm，表面粗糙度低于rz35μm，硬度为950hv
0.1
，提高涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度并提升耐磨性。
55.上述实施例中，根据所需使用性能按照既定比例添加40％wc陶瓷颗粒，使用超音速火焰喷涂设备制备喷涂涂层，然后感应加热对涂层进行重熔，涂层的表面均匀性、致密性及粗糙度得到有效改善。
56.实施例3
57.本实施例中，按重量百分比计，hc
‑
276合金管件的化学成分如下：cr15.5，fe5.0，mo16，w3.5，co0.6，mn0.2，ni余。
58.复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
59.(1)将hc
‑
276合金管件待喷涂表面的油污和缺陷部位清除干净；
60.(2)使用喷砂设备对待喷涂表面进行均匀喷砂处理；
61.(3)选用超音速火焰喷涂对零部件表面进行喷涂处理，使用的粉末为ni60 wc复合粉末，其中陶瓷wc颗粒重量占复合粉末比例5％；
62.按重量百分比计，ni60镍基合金粉末化学成分如下：c1.03，si4.1，mo0.92，cr16.4，b3.8，fe4.6，ni余；陶瓷wc颗粒纯度在99.8wt％。
63.(4)利用感应加热对喷涂涂层进行感应重熔；
64.步骤(1)中，将待喷涂零部件装夹在车床上，采用无水乙醇和丙酮清洗待喷涂区域表面油污后，将零件表面缺陷部位打磨去除。
65.步骤(2)中，喷砂设备使用白刚玉对待喷涂表面进行喷砂处理。
66.步骤(3)中，使用球磨机将ni60和wc均匀混合，ni60粉末粒度10～45μm，wc颗粒粒度20～100nm，球磨机转速使用350r/min，球磨时间1.5h；超音速火焰喷涂优化参数为氧气流量130l/min、丙烷流量40l/min、空气流量240l/min、送粉速度30g/min，喷涂线速度1000mm/s厚度为0.25～0.35mm，表面粗糙度低于rz60μm，硬度为730hv
0.1
。
67.步骤(4)中，使用感应加热重熔涂层，感应加热的温度950℃，重熔时间3min，复合超音速火焰喷涂高硬度耐磨涂层厚度为0.30～0.35mm，表面粗糙度低于rz30μm，硬度为760hv
0.1
，提高涂层均匀性、致密性，降低表面粗糙度并提升耐磨性。
68.上述实施例中，根据所需使用性能按照既定比例添加5％wc陶瓷颗粒，使用超音速火焰喷涂设备制备喷涂涂层，然后感应加热对涂层进行重熔，涂层的表面均匀性、致密性及粗糙度得到有效改善。
69.最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。