專利名稱：聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴涂技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種爆炸噴涂，具體為一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的工藝。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代工業(yè)中，很多機械零部件往往在高速、高溫、高壓、高腐蝕性等環(huán)境下工作， 從而使其表面出現(xiàn)磨損、損耗、腐蝕的問題，造成零部件或整個設(shè)備的故障。因此，研究人員積極開發(fā)有效的表面改性技術(shù)，針對不同情況施以最佳的改性手段，達到延長設(shè)備的使用壽命、降低成本的目的。熱噴涂技術(shù)作為材料表面處理的一種基本方法，最早出現(xiàn)在20世紀早期的瑞士， 隨后在前蘇聯(lián)、德國、日本、美國等國得到了不斷的發(fā)展，各種熱噴涂設(shè)備的研制、新的熱噴涂材料的開發(fā)及新技術(shù)的應(yīng)用，使熱噴涂涂層質(zhì)量不斷得到提高，并開拓了新的應(yīng)用領(lǐng)域。 隨著我國經(jīng)濟的快速增長，熱噴涂技術(shù)的市場將越來越大，熱噴涂的新理論、新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等的發(fā)展進步成為迫切的需求。按噴涂方法和材料的不同，現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)可以簡明分為火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、超音速噴涂(HVAF)和爆炸噴涂等五大類。其中，爆炸噴涂技術(shù)的實質(zhì)是利用脈沖式氣體爆炸的能量將被噴涂的粉末材料加熱加速轟擊到工作表面后形成堅固涂層，爆炸噴涂相對于其他噴涂技術(shù)具有以下優(yōu)點 (1)噴涂層的結(jié)合強度高、孔隙率低，涂層組織不是傳統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)，而是一個整體。(2)同樣成分的涂層，爆炸噴涂形成的涂層硬度高于其他方法形成的涂層。(3 )爆炸噴涂過程瞬間完成，即使在大氣中進行，涂層的氧化也很少。在上世紀末，Gromilov和Kinelovskii等人首次報導(dǎo)了將聚能裝藥用于爆炸噴涂處理金屬表面，該方法是先將W粉和C粉混合制成噴涂粉末，然后將噴涂粉末裝入兩層紙內(nèi)制成藥型罩，并將該藥型罩貼設(shè)于聚能裝藥的聚能穴內(nèi)壁上，接著將聚能裝藥置于工件正上方，最后引爆聚能裝藥，在爆炸沖擊波的作用下，噴涂粉末形成高速的WC粒子束撞擊工件表面，達到噴涂處理表面的目的。聚能裝藥爆炸噴涂與常規(guī)爆炸噴涂相比，工件與涂層的結(jié)合度更高，涂層的強度、耐磨度也更高，但是由于聚能裝藥特定的裝粉方式和藥型罩結(jié)構(gòu)的限制，致使聚能裝藥爆炸噴涂存在如下缺點(1)爆炸后噴涂粉末形成的是一股頭部速度高、尾部速度低的高速粉末粒子束，由于能量的過于集中和速度的不勻一，會導(dǎo)致工件表面易成坑、涂層不均勻。(2)由于藥型罩制造工藝存在不足，使藥型罩內(nèi)的噴涂粉末密度不均勻，造成涂層不均勻。(3)由于爆炸后形成的是一股粉末粒子束、發(fā)散度不高，所以致使噴涂面積較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有聚能裝藥爆炸噴涂技術(shù)由于裝粉方式和藥型罩結(jié)構(gòu)的限制，存在待噴工件易成坑、噴涂涂層不均勻、噴涂面積小等缺點，而提供一種新的聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的工藝。本發(fā)明改變了常規(guī)聚能裝藥爆炸噴涂的裝粉方式，去掉了藥型罩結(jié)構(gòu)，從而很好地保護了待噴工件，增大了噴涂面積，且使涂層表面更加的均勻。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，包括如下步驟
(一)聚能裝藥的壓制將炸藥裝入聚能裝藥模具中，壓制成密度為1.3^1. 6g/cm3、聚能穴錐角為40°飛0°的聚能裝藥，其中，所述的聚能裝藥頂部中心處有雷管插槽；
(二)噴涂粉末的填裝取質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量1(Γ30%的噴涂粉末裝入倒置的聚能裝藥的聚能穴內(nèi)，令其裝粉密度為纊3g/cm3，再使用與聚能穴內(nèi)壁相粘結(jié)的薄膜將填裝好的噴涂粉末覆蓋固定，其中，所述的噴涂粉末是由質(zhì)量分數(shù)為70、0%的WC和3(Γ10%的Co組成；
(三)將裝好噴涂粉末的聚能裝藥設(shè)于待噴工件的正上方20(T400mm處(即聚能裝藥的炸高)，然后在聚能裝藥和待噴工件整體外部套設(shè)保護罩密封，并在保護罩內(nèi)充有惰性氣體；
(四)通過電雷管引爆聚能裝藥，驅(qū)動噴涂粉末高速撞擊待噴工件，完成噴涂作業(yè)。進一步地，所述步驟(一)中的炸藥是以黑索金或奧克托今為主體的鈍感高能炸藥。黑索金、奧克托今炸藥的爆速快、爆壓高，可以令待噴工件與噴涂粉末間的結(jié)合強度更高；此外，由于壓制聚能裝藥的模具有固定的規(guī)格和型號，即壓制成的聚能裝藥的體積是一定的，所以根據(jù)壓制密度即可算出壓制成的聚能裝藥的質(zhì)量。所述步驟(二)中的WC粉末和Co粉末的粒徑為8飛OMm。該粒徑的粉末噴涂后的
涂層結(jié)合度好，硬度和耐磨度高。所述步驟(三)中的保護罩為普通塑料袋。保護罩是為防止WC粉末在爆炸過程中被氧化而造成涂層的脫碳，保證了涂層的強度和硬度；以普通塑料袋作為保護罩既節(jié)省了成本又密封性好，經(jīng)濟實用。所述步驟(一)中的聚能裝藥可為圓錐形聚能裝藥(如圖1)或線性聚能裝藥(如圖 2)。根據(jù)不同的工件，可以選擇不同形狀的聚能裝藥，以達到更好的噴涂效果。本發(fā)明中的聚能裝藥是現(xiàn)有技術(shù)，并且有不同規(guī)格和型號的聚能裝藥，聚能裝藥的具體制作是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易實現(xiàn)的；所述聚能裝藥的炸高是指在噴涂作業(yè)時，聚能裝藥與待噴工件間的距離。本發(fā)明與常規(guī)聚能裝藥爆炸噴涂相比，去掉了聚能裝藥中的藥型罩結(jié)構(gòu)、改變了聚能裝藥的裝粉方式，將噴涂粉末裝在了聚能穴的頂部。本發(fā)明工藝在聚能裝藥爆炸時，被驅(qū)動的噴涂粉末不會形成一股頭部速度高、尾部速度低的粉末粒子束的，而是會形成發(fā)散的、速度較均一的粉末粒子流，這樣噴制的涂層面積就會相對較大、涂層表面也更加均勻、 涂層氣孔率低于2. 0%，而且通過金相觀察表明本發(fā)明噴制后的工件表面并沒有凹坑形成， 很好地保護了待噴工件；本發(fā)明使用WC和Co混合粉作為噴涂粉末，可以使噴制涂層的結(jié)合強度、硬度、耐磨度更高，通過測試表明本發(fā)明噴制的涂層厚度為20(T450Mffl，涂層顯微硬度 (HV500)可達2(T25GPa，比現(xiàn)有氣體爆炸噴涂所得的涂層硬度(15 18GPa)提高了 1Ρ/Γ38% ； 本發(fā)明中的聚能裝藥爆炸噴涂工藝還增加了充有惰性氣體的保護罩，很好地防止了高溫壞境下WC-Co涂層的氧化脫碳問題，進一步保證了涂層較高的結(jié)合強度、硬度和耐磨度。本發(fā)明是通過反復(fù)試驗而得出優(yōu)選的裝藥密度、聚能穴錐角角度、裝粉密度及炸高等參數(shù)，從而了噴制出符合不同技術(shù)要求的高性能WC-Co硬質(zhì)耐磨涂層。本發(fā)明工藝簡單、操作靈活、使用方便，無需大型作業(yè)設(shè)備，作業(yè)場所也不受限制， 適于工業(yè)化噴涂生產(chǎn)。


圖1為圓錐形聚能裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為線性聚能裝藥結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明聚能裝藥爆炸噴涂裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-炸藥、2-雷管插槽、3-聚能穴、4-噴涂粉末、5-薄膜、6_保護罩、7_待噴工件。
具體實施例方式實施例1
待噴工件7使用A3鋼，尺寸為50 χ 50 χ 5mm3。噴涂前對待噴工件7進行清洗和噴砂預(yù)處理。對處理完的待噴工件7進行聚能裝藥爆炸噴涂，具體噴涂工藝由以下步驟完成
(一)聚能裝藥的壓制將鈍感黑索金高能炸藥1裝入圓錐形聚能裝藥模具中，壓制成密度為1. 3g/cm3、聚能穴3錐角為50°的圓錐形聚能裝藥，并在聚能裝藥的雷管插槽2內(nèi)插設(shè)電雷管；
(二)噴涂粉末4的填裝取質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量10%的噴涂粉末4裝入倒置的聚能裝藥的聚能穴內(nèi)3，令其裝粉密度為2. 5g/cm3，再使用與聚能穴3內(nèi)壁相粘結(jié)的薄膜5將裝好的噴涂粉末4覆蓋固定，其中所述的噴涂粉末4是由質(zhì)量分數(shù)為90%的WC和10%的Co組成且粒度為35ΜΠ1 ；
(三)將裝好噴涂粉末4的聚能裝藥設(shè)于待噴工件7的正上方200mm處，然后在聚能裝藥和待噴工件7整體外部套設(shè)塑料袋6密封，并在塑料袋6內(nèi)充有N2作為保護氣體；
(四)通過電雷管引爆聚能裝藥，驅(qū)動WC和Co粉末高速撞擊待噴工件7，完成噴涂作業(yè)。該待噴工件上表面全部被噴制涂層，并通過測試表明所得的涂層厚度為200Mffl、 氣孔率為1. 7% ；涂層顯微硬度(HV5qq)達25GPa，比現(xiàn)有氣體爆炸噴涂所得的涂層硬度 (15^18GPa)提高了至少38. 9% ；通過金相觀察表明待噴工件表面無凹坑形成。實施例2
待噴工件7使用A3鋼，尺寸為100 χ 50 9mm3。噴涂前對待噴工件7進行清洗和噴砂預(yù)處理。對處理完的待噴工件7進行聚能裝藥爆炸噴涂，具體噴涂工藝由以下步驟完成
(一)聚能裝藥的壓制將鈍感奧克托今高能炸藥1裝入線性聚能裝藥模具中，壓制成密度為1.5g/cm3、聚能穴3錐角為60°的線性聚能裝藥，并在聚能裝藥的雷管插槽2內(nèi)插設(shè)電雷管；
(二)噴涂粉末4的填裝取質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量30%的噴涂粉末4裝入倒置的聚能裝藥的聚能穴內(nèi)3，令其裝粉密度為2. Og/cm3，再使用與聚能穴3內(nèi)壁相粘結(jié)的薄膜5將裝好的噴涂粉末4覆蓋固定，其中所述的噴涂粉末4是由質(zhì)量分數(shù)為70%的WC和30%的Co組成且粒度為60Mm ；
(三)將裝好噴涂粉末4的聚能裝藥設(shè)于待噴工件7的正上方300mm處，然后在聚能裝藥和待噴工件7整體外部套設(shè)塑料袋6密封，并在塑料袋6內(nèi)充有(X)2氣體作為保護氣體； (四)通過電雷管引爆聚能裝藥，驅(qū)動WC和Co粉末高速撞擊待噴工件7，完成噴涂作業(yè)。該待噴工件上表面全部被噴制涂層，通過測試表明所得的涂層厚度為450Mffl、 氣孔率為2. 0% ；涂層顯微硬度(HV5qq)達20GPa，比現(xiàn)有氣體爆炸噴涂所得的涂層硬度 (15 18GPa)提高了至少11. 1% ；還通過金相觀察表明待噴工件表面無凹坑形成。實施例3
待噴工件7使用A3鋼，尺寸為50 ‘ 50 χ 5mm3。噴涂前對待噴工件7進行清洗和噴砂預(yù)處理。對處理完的待噴工件7進行聚能裝藥爆炸噴涂，具體噴涂工藝由以下步驟完成
(一)聚能裝藥的壓制將鈍感黑索金高能炸藥1裝入圓錐形聚能裝藥模具中，壓制成密度為1. 6g/cm3、聚能穴3錐角為40°的圓錐形聚能裝藥，并在聚能裝藥的雷管插槽2內(nèi)插設(shè)電雷管；
(二)噴涂粉末4的填裝取質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量20%的噴涂粉末4裝入倒置的聚能裝藥的聚能穴內(nèi)3，令其裝粉密度為3. Og/cm3，再使用與聚能穴3內(nèi)壁相粘結(jié)的薄膜5將裝好的噴涂粉末4覆蓋固定，其中所述的噴涂粉末4是由質(zhì)量分數(shù)為80%的WC和20%的Co組成且粒度為SMffl ；
(三)將裝好噴涂粉末4的聚能裝藥設(shè)于待噴工件7的正上方400mm處，然后在聚能裝藥和待噴工件7整體外部套設(shè)塑料袋6密封，并在塑料袋6內(nèi)充有(X)2氣體作為保護氣體；
(四)通過電雷管引爆聚能裝藥，驅(qū)動WC和Co粉末高速撞擊待噴工件7，完成噴涂作業(yè)。該待噴工件上表面全部被噴制涂層，通過測試表明所得的涂層厚度為300Mffl、 氣孔率為1.8%;涂層顯微硬度(HV5qq)達23GPa，比現(xiàn)有氣體爆炸噴涂所得的涂層硬度 (15^18GPa)提高了至少27. 8% ；還通過金相觀察表明待噴工件表面無凹坑形成。
權(quán)利要求
1.一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于包括如下步驟(一)聚能裝藥的壓制將炸藥(1)裝入聚能裝藥模具中，壓制成密度為1.3^1. 6g/cm3、 聚能穴(3)錐角為40°飛0°的聚能裝藥，其中，所述的聚能裝藥頂部中心處有雷管插槽 (2)；(二)噴涂粉末(4)的填裝取質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量1(Γ30%的噴涂粉末(4)裝入倒置的聚能裝藥的聚能穴內(nèi)(3)，令其裝粉密度為2 3g/cm3，再使用與聚能穴(3)內(nèi)壁相粘結(jié)的薄膜(5)將填裝好的噴涂粉末(4)覆蓋固定，其中，所述的噴涂粉末(4)是由質(zhì)量分數(shù)為 70 90%的WC和30 10%的Co組成；(三)將裝好噴涂粉末(4)的聚能裝藥設(shè)于待噴工件(7)的正上方20(T400mm處，然后在聚能裝藥和待噴工件(7)整體外部套設(shè)保護罩(6)密封，并在保護罩(6)內(nèi)充有惰性氣體；(四)通過電雷管引爆聚能裝藥，驅(qū)動噴涂粉末(4)高速撞擊待噴工件(7 )，完成噴涂作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述步驟(一)中的炸藥(1)是以黑索金或奧克托今為主體的鈍感高能炸藥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述步驟(二)中的WC粉末和Co粉末的粒徑為纊60Mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述步驟(三)中的保護罩(6)為普通塑料袋。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述步驟(三)中的保護罩(6)為普通塑料袋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述的聚能裝藥可為圓錐形聚能裝藥或線性聚能裝藥。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述的聚能裝藥可為圓錐形聚能裝藥或線性聚能裝藥。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述的聚能裝藥可為圓錐形聚能裝藥或線性聚能裝藥。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，其特征在于所述的聚能裝藥可為圓錐形聚能裝藥或線性聚能裝藥。
全文摘要
本發(fā)明為一種聚能裝藥爆炸噴涂制備硬質(zhì)耐磨涂層的新工藝，解決了常規(guī)聚能裝藥爆炸噴涂工藝存在待噴工件易成坑、涂層不均勻、噴涂面積小等缺點。本工藝首先壓制密度為1.3~1.6g/cm3、聚能穴錐角為40°~60°的聚能裝藥，接著將質(zhì)量為聚能裝藥質(zhì)量10~30%、密度為2~3g/cm3的WC和Co混合粉末填裝在聚能穴頂部并用薄膜固定，然后將聚能裝藥設(shè)于工件上方200~400mm處，并在聚能裝藥和工件的整體外部套設(shè)一個充有惰性氣體的保護罩，最后引爆聚能裝藥，完成對工件的噴涂。本工藝噴制的涂層具有表面均勻、面積大、孔隙率低、硬質(zhì)耐磨等優(yōu)點，此外本發(fā)明工藝簡單，無需大型作業(yè)設(shè)備，適于工業(yè)化噴涂生產(chǎn)。
文檔編號C23C4/06GK102251210SQ20111021182
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者劉天生, 劉曉紅, 劉迎彬, 張晉紅, 李如江, 高永宏 申請人:中北大學(xué)