專利名稱：：以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的氬弧熔化注射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于表面工程領(lǐng)域，具體涉及一種制造以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的方法。技術(shù)背景隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ρ砻嫘阅堋⒂绕涫悄湍バ阅艿囊笕找嫣岣?，多種表面強(qiáng)化的薄膜技術(shù)和涂層技術(shù)也隨之發(fā)展起來。制備以表層陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料為表層復(fù)合材料的技術(shù)多種多樣，目前主要采用外部加入陶瓷顆粒增強(qiáng)相的方法制備。按照采用的熱源和陶瓷增強(qiáng)顆粒的添加方式分類，如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>覆技術(shù)，采用這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得極高的耐磨性能，但是激光熔覆技術(shù)存在著陶瓷增強(qiáng)相分解嚴(yán)重和裂紋問題。在激光熔覆過程中，提前預(yù)置的或同步送入的增強(qiáng)相顆粒處于激光束的直接作用下，被激光加熱到極高的溫度，發(fā)生比較嚴(yán)重的分解，極大降低了增強(qiáng)效果。為了降低陶瓷顆粒增強(qiáng)相的分解程度、提高陶瓷顆粒的增強(qiáng)效果，J.A.Verling等人采用了激光熔化-注射技術(shù)(LaserMeltInjection,LMI)來制備表層復(fù)合材料。和同步送粉激光熔覆技術(shù)不同，激光熔化-注射技術(shù)中粉末從熔池后部送入，在不和激光束作用的情況下，直接送入熔池，以減少陶瓷顆粒對(duì)激光的吸收。因此，激光熔化-注射技術(shù)可以有效的降低陶瓷顆粒增強(qiáng)相的分解，但是，由于激光設(shè)備價(jià)格昂貴，激光熔化-注射技術(shù)不利于大規(guī)模工業(yè)化推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有激光熔覆技術(shù)中存在的陶瓷增強(qiáng)相分解嚴(yán)重、增強(qiáng)效果差以及采用激光熔化-注射技術(shù)費(fèi)用昂貴的問題，提供了一種以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的氬弧熔化注射方法。本發(fā)明包括以下步驟步驟一、對(duì)基體材料l的表面進(jìn)行除油、除銹、除水處理；步驟二、將基體材料1固定在工作轉(zhuǎn)臺(tái)2上；本發(fā)明還包括以下步驟步驟三、將氬弧熔化注射槍3調(diào)整到基體材料1的一端，并調(diào)整氬弧熔化注射槍3距離基體材料1考面的高度，使其達(dá)到引燃電弧的條件；步驟四、向氬弧熔化注射槍3的氬弧槍3-l中通入氬氣，然后接通引弧電源7引燃電弧4;步驟五、將氬弧熔化注射槍3沿基體材料1的表面移動(dòng)，使基體材料1的表面上形成拖尾狀的熔池5;步驟六、通過送料裝置8在氬弧熔化注射槍3的注射槍3-2中加入增強(qiáng)粉末顆粒6，并且在氬弧熔化注射槍3的移動(dòng)過程中將增強(qiáng)粉末顆粒6送入熔池5的尾部；步驟七、當(dāng)氬弧熔化注射槍3從基體材料1的一端移動(dòng)到基體材料1的另一端形成一條表層復(fù)合材料帶后，重復(fù)步驟三至步驟六直至基體材料1的表層都被復(fù)合材料覆蓋。有益效果本發(fā)明通過將陶瓷粒子材料有機(jī)地融入金屬基體中，有效的保持了金屬和陶瓷共有的特性，大幅度的提升了表層復(fù)合材料的整體性能；本發(fā)明的方法對(duì)基體材料適用范圍寬，可采用鋼、鋁、銅等多種金屬材料，增強(qiáng)相材料選擇范圍廣，根據(jù)所用基體材料及所要求性能可采用不同種類的陶瓷粉末或金屬陶瓷粉末；本發(fā)明的氬弧熔化注射方法與激光熔化注射技術(shù)相比還具有生產(chǎn)成本較低、容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、用途廣的特點(diǎn)。圖1是完成本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是氬弧熔化注射槍3工作狀態(tài)的示意圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一參見圖l、圖2，本實(shí)施方式由以下步驟組成步驟一、以Q235鋼作為基體材料1，對(duì)Q235鋼的表面進(jìn)行除油、除銹、除水處理，以獲得清潔、干燥的金屬表面；步驟二、將Q235鋼固定在工作轉(zhuǎn)臺(tái)2上，并調(diào)整好氬弧熔化注射槍3的角度，使氬弧槍3-1的軸線與Q235鋼表面的垂直方向呈15°~35°角，注射槍3-2的軸線與Q235鋼表面的垂直方向呈10°~35°角；步驟三、將氬弧熔化注射槍3調(diào)整到Q235鋼的一端，并調(diào)節(jié)氬弧熔化注射槍3的高度，使其達(dá)到引燃電弧的條件；步驟四、向氬弧熔化注射槍3的氬弧槍3-l中通入氬氣，通入氬氣的流速為1520L/min、壓力為0.4MPa，然后接通引弧電源7引燃電弧4，引弧電源7的工作電壓為30~40V，工作電流為直流70-100A;步驟五、將氬弧熔化注射槍3沿Q235鋼的表面移動(dòng)，移動(dòng)速度為46mm/s，使Q235鋼的表面上形成拖尾狀的熔池5;步驟六、以直徑為25~45^im的碳化鎢粉末作為增強(qiáng)粉末顆粒6，通過送料裝置8在氬弧熔化注射槍3的注射槍3-2中加入碳化鎢粉末，并且在氬弧熔化注射槍3的移動(dòng)過程中將碳化鎢粉末送入熔池5的尾部，送入速度為380420mg/s，當(dāng)電弧4離開熔池5后，熔池5逐漸凝固，將碳化鉤粉末固定在Q235鋼的表面上，形成一條表層復(fù)合材料帶；步驟七、對(duì)于平板狀的Q235鋼，當(dāng)氬弧熔化注射槍3從Q235鋼的一端移動(dòng)到Q235鋼的另一端形成一條表層復(fù)合材料帶后，重復(fù)步驟三至步驟六直至Q235鋼的全部表面都被復(fù)合材料覆蓋，新制備的復(fù)合材料帶和上一條復(fù)合材料帶搭接的面積為一條復(fù)合材料帶面積的30%~35%。引弧電源7的用途是為熔化基體材料1形成所需熔池形狀而提供熱源，可選用普通的氬弧焊機(jī)進(jìn)行改裝后即可，熔池形狀可通過設(shè)備上的參數(shù)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)控制；氬弧熔化注射槍3作為熔化基體材料1和注射陶瓷顆粒增強(qiáng)相材料的一體化注射槍，通過連接引弧電源7可熔化基體材料1的表層并形成熔池5，同時(shí)通過送料裝置8向熔池5中注射陶瓷顆粒增強(qiáng)相材料；制造陶瓷顆粒增強(qiáng)相表層復(fù)合材料的工作轉(zhuǎn)臺(tái)2可以轉(zhuǎn)動(dòng)工件或移動(dòng)氬弧熔化注射槍3;送料裝置8的用途是輸送陶瓷顆粒增強(qiáng)相材料，具有控制送料量和控制粉料噴射速度的功能。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同之處在于由以下步驟組成步驟a、對(duì)所用材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼的待加工柱塞采用氧乙炔火焰灼燒進(jìn)行除油處理，然后對(duì)待加工柱塞的表面噴砂，噴砂壓力0.8MPa，直到表面全部呈現(xiàn)金屬光澤為止；步驟b、'將待加工柱塞設(shè)置在工作轉(zhuǎn)臺(tái)2上，調(diào)整工作轉(zhuǎn)臺(tái)2的轉(zhuǎn)速，使待加工柱塞表面旋轉(zhuǎn)線速度達(dá)到45mm;步驟c、向氬弧熔化注射槍3的氬弧槍3-l中通入氬氣，通入氬氣的流速為1317L/min、壓力為0.4MPa，然后接通引弧電源7引燃電弧4，引弧電源7的工作電壓為3545V，工作電流為直流60~80A;步驟d、將氬弧熔化注射槍3沿待加工柱塞的表面移動(dòng)，移動(dòng)速度為46mm/s，待加工柱塞旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，氬弧熔化注射槍3水平移動(dòng)，使熔化焊道螺旋前進(jìn)，焊道搭接量2mm，使待加工柱塞的表面上形成拖尾狀的熔池5;步驟e、通過送料裝置8在氬弧熔化注射槍3的注射槍3-2中加入直徑為2545pm的NiCr-Cr3C2粉末，并且在氬弧熔化注射槍3的移動(dòng)過程中將NiCr-Cr3C2粉末送入熔池5的尾部，送入速度為180~220mg/s，當(dāng)電弧4離開熔池5后，熔池5逐漸凝固，將NiCr-Cr3C2粉末固定在待加工柱塞的表面上，形成高Cr含量合金層，其中一部分碳重新析出，形成Cr7C3碳化物。油田所使用的注聚泵的柱塞工作于腐蝕環(huán)境中，所用材料為1Crl8Ni9Ti不銹鋼，由于柱塞不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而1Crl8Ni9Ti耐磨性較差，造成柱塞磨損嚴(yán)重，壽命很短。為提高柱塞使用壽命，降低維護(hù)維修費(fèi)用，需要對(duì)柱塞表面進(jìn)行強(qiáng)化。采用本發(fā)明的方法，在柱塞表面制備一層耐磨、耐腐蝕的復(fù)合材料層，可以在不降低零件機(jī)械性能的前提下提高其使用壽命。本實(shí)施方式最后的步驟中在1Crl8Ni9Ti不銹鋼表面形成的070:3碳化物分布在合金層中，合金層中鑲嵌著大量Cr3C2顆粒，耐磨性極好，并且沒有氣孔、裂紋等缺陷，能夠有效提高柱塞的使用壽命。權(quán)利要求1、以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的氬弧熔化注射方法，它包括以下步驟步驟一、對(duì)基體材料(1)的表面進(jìn)行除油、除銹、除水處理；步驟二、將基體材料(1)固定在工作轉(zhuǎn)臺(tái)(2)上；其特征在于它還包括以下步驟步驟三、將氬弧熔化注射槍(3)調(diào)整到基體材料(1)的一端，并調(diào)整氬弧熔化注射槍(3)距離基體材料(1)表面的高度，使其達(dá)到引燃電弧的條件；步驟四、向氬弧熔化注射槍(3)的氬弧槍(3-1)中通入氬氣，然后接通引弧電源(7)引燃電弧(4)；步驟五、將氬弧熔化注射槍(3)沿基體材料(1)的表面移動(dòng)，使基體材料(1)的表面上形成拖尾狀的熔池(5)；步驟六、通過送料裝置(8)在氬弧熔化注射槍(3)的注射槍(3-2)中加入增強(qiáng)粉末顆粒(6)，并且在氬弧熔化注射槍(3)的移動(dòng)過程中將增強(qiáng)粉末顆粒(6)送入熔池(5)的尾部；步驟七、當(dāng)氬弧熔化注射槍(3)從基體材料(1)的一端移動(dòng)到基體材料(1)的另一端形成一條表層復(fù)合材料帶后，重復(fù)步驟三至步驟六直至基體材料(1)的表層都被復(fù)合材料覆蓋。全文摘要以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的氬弧熔化注射方法，它涉及一種制造以陶瓷顆粒為增強(qiáng)相的表層復(fù)合材料的方法，以解決現(xiàn)有激光熔覆技術(shù)中存在的陶瓷增強(qiáng)相分解嚴(yán)重、增強(qiáng)效果差以及采用激光熔化-注射技術(shù)費(fèi)用昂貴的問題。將氬弧熔化注射槍調(diào)整到基體材料的一端并達(dá)到引燃電弧的條件；向氬弧槍中通入氬氣，接通引弧電源引燃電??；將氬弧熔化注射槍沿基體材料的表面移動(dòng)，使基體材料上形成拖尾狀的熔池；通過送料裝置在注射槍中加入增強(qiáng)粉末顆粒，并將增強(qiáng)粉末顆粒送入熔池的尾部；重復(fù)步驟三至步驟六直至基體材料的表層都被復(fù)合材料覆蓋。本發(fā)明提升了表層復(fù)合材料的整體性能、適用范圍寬，生產(chǎn)成本較低、容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、用途廣的特點(diǎn)。文檔編號(hào)C23C24/10GK101220475SQ20081006386公開日2008年7月16日申請(qǐng)日期2008年1月16日優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日發(fā)明者劉愛國(guó),郭面煥申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)