專利名稱：一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及注塑機螺桿表面處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
機筒和螺桿是注塑機的核心部件，機筒螺桿是一對運動付，相對于機筒來說，螺桿更易于由于表面摩擦磨損而失效損壞。螺桿失效引起的損失是驚人的，據(jù)北美1986年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，螺桿失效損失就已經(jīng)超過25億美金。在中國，雖沒有相應的統(tǒng)計資料，但是由于國內(nèi)注塑機、擠出機的用量極大，螺桿失效必然導致巨大的經(jīng)濟損失。因此解決螺桿的過早失效問題是亟待研究的課題，而螺桿表面強化技術(shù)的研發(fā)是最重要的方向。
塑料顆粒及填料由尾部進入注塑機筒，受螺桿擠壓推進，并且在前進中混合塑化， 由螺桿頭部注入模腔。因此螺桿在機筒中是作高速旋轉(zhuǎn)運動，并處在一定的高溫高壓條件下，同時螺桿還須經(jīng)受塑料顆粒與填料顆粒的摩擦與磨損。當填料是一些玻璃纖維，碳酸鈣等無機硬物質(zhì)時，螺桿的磨損尤為劇烈。并且塑料和填料在高溫下塑化時常常分解出強腐蝕性介質(zhì)，如硬聚氯乙烯分解出氯化氫氣體，氟塑料分解出氟化氫氣體都能強烈腐蝕螺桿表面金屬。基于螺桿的服役工況，其表面一般需經(jīng)特殊處理以滿足下列要求
(1)可加工性良好，便于切削加工以獲得光潔的表面，從而減小摩擦系數(shù)增加注塑生產(chǎn)效率；
(2)熱處理性能良好，以保證較小的變形和獲得必要的強度、硬度等基本性能；
(3)高溫耐磨耐蝕性能良好，從而保證螺桿具有一定的使用壽命；
(4)表面處理層必須具有良好的附著性，保證表面層與基體金屬之間有高的結(jié)合強度；
(5)加工處理工藝應盡可能的簡單方便，易于操作，同時保證整個螺桿的制造成本要盡可能的低廉。
目前，國內(nèi)外在提高螺桿的使用壽命方面已經(jīng)采取了一系列措施，廣泛使用的工藝方法主要有全硬化螺桿、表面氮化、電鍍硬鉻、表面火焰淬硬、高頻淬硬、激光處理、真空鍍覆、化學鍍M-P和表面噴涂、噴焊、堆焊等。上述螺桿表面處理方法各有特點，不同方法處理的螺桿可以被用來適應不同的注塑材料和工藝要求，但在使用的過程中也存在一些局限性。例如，表面氮化工藝中，氮化溫度通常高于500°C，氮化時間幾十小時，生產(chǎn)效率低，能源消耗大，設(shè)備費用高，生產(chǎn)車間工礦惡劣，同時長時間的高溫氮化螺桿很容易變形，氮化后磨外圓的工序容易磨掉表面局部的白亮層，在使用中這一部位就首先被腐蝕磨損，進而導致整個螺桿過早失效；同時，表面氮化用材必須是38CrMoAlA氮化鋼，價格較高，而氮化層的硬度也比較低。電鍍硬鉻工藝除了環(huán)境污染和涂層耐磨性能較差外，還存在尖角效應， 有棱角的地方鍍層厚，其它的地方鍍層薄，且電鍍前要經(jīng)過磨削加工將各處的尖角倒圓，否則由于鍍鉻的邊緣效應，產(chǎn)生粗晶顆粒，成為鉻層剝落的起點。高速鋼整體淬火工藝由于整體淬透，表面易被雜質(zhì)或體積較大的高硬度填充顆粒崩裂。激光熔覆方法一次加工的表面積較小，比較不適用于整體螺桿加工。真空鍍覆工藝需要高真空設(shè)備，成本昂貴，且可處理工件的尺寸有限?；瘜W鍍Ni-P方法的最大問題在于鍍層薄，一般幾十微米。
熱噴涂是一種常用的材料表面處理技術(shù)，采用熱噴涂方法可以在螺桿表面制備出耐高溫抗摩擦和腐蝕性能優(yōu)良的涂層，且熱噴涂具有不受工件尺寸和施工場所的限制、沉積效率較高以及對基體材料的熱影響小的特點，既可用于螺桿的生產(chǎn)，也是一種螺桿局部修復的技術(shù)，綜合成本較低。目前國內(nèi)外在螺桿制造領(lǐng)域，熱噴涂技術(shù)還沒有得到廣泛的應用，主要的原因是還沒有能夠有效解決螺桿上熱噴涂涂層在表面鏡面拋磨加工和服役過程中的破壞的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是為了保護注塑機螺桿不被摩擦腐蝕，從而延長其使用壽命、 提高其性能，提出一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，該涂層性價比高，具有優(yōu)異的基體結(jié)合強度、抗高溫磨損性和耐腐蝕性，同時具備優(yōu)異的表面可拋磨加工性能，能夠提高螺桿的使用性能，延長其使用壽命。
本發(fā)明實現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，以注塑機螺桿為基體，在該基體表面采用熱噴涂的方法而得到，其特征是如圖1所示，所述的復合梯度涂層由位于基體表面的過渡層，以及位于過渡層表面的表面拋磨加工合金層組成，所述的過渡層是金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層。
作為優(yōu)選，所述的過渡層的金屬陶瓷硬質(zhì)合金包括但不限于Cr3C2-Ni、WC-CrC_Ni、 WC-Co、WC-Co-Cr、Cr3C2-NiCr, Cr3C2-CoNiCrAlY, WC-FeCrAl、WC-Ni 等。
作為優(yōu)選，所述的表面拋磨加工合金包括但不限于NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、 316L, NiCrBSiFe, NiCrBSiMoFe 等。
作為優(yōu)選，所述的注塑機螺桿的常用材料包括但不限于鋼材，如45號鋼、40Cr、氮化鋼、38CrMoAl、34CrAlNi、3 ICrMo 12 等。
作為優(yōu)選，所述的過渡層金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層的厚度范圍為ΙΟΟμπι 200μπι， 表面拋磨加工合金涂層的厚度范圍為100 μ m 150 μ m。
本發(fā)明一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層的制備方法包括如下步驟
步驟1、基體表面預處理
對注塑機螺桿表面進行清洗、除油除銹和表面粗化；
步驟2、基體表面熱噴涂過渡層
在步驟1表面預處理的注塑機螺桿表面采用熱噴涂方法制備一層金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層作為過渡層；
步驟3、過渡層表面熱噴涂合金涂層
在步驟2得到的過渡層表面采用熱噴涂方法制備一層合金涂層作為表面拋磨加工合金層ο
上述制備方法中
所述的步驟1中，表面粗化方法包括但不限于噴砂、車螺紋或滾花、電拉毛等。
所述的步驟2中，熱噴涂方法包括但不限于超音速火焰噴涂，爆炸噴涂，等離子噴涂，火焰噴涂和電弧噴涂等，其中優(yōu)選超音速火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)的優(yōu)選范圍為助燃氣、燃氣和輔助氣的壓力分別為6 Ubar、3 ^ar和5 ^ar,流量分別為200 300slpm、60 80slpm和300 500slpm，送粉氣壓力為3 9bar，流量為10 20slpm，送粉速率為40 150g/min，噴涂距離為150 300mm。
所述的步驟3中，熱噴涂方法包括但不限于超音速火焰噴涂、爆炸噴涂和火焰噴涂，其中優(yōu)選超音速火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)的優(yōu)選范圍為助燃氣、燃氣和輔助氣的壓力分別為8 12bar、4 8bar和6 8bar，流量分別為100 200slpm、60 90slpm和 350 550slpm，送粉氣壓力為3 9bar，流量為10 20slpm，送粉速率為30 120g/min， 噴涂距離為200 ；350讓。
為了表征本發(fā)明注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層的性能，利用熒光金相顯微鏡、表面輪廓儀、拉伸試驗機和顯微硬度計對所得到的涂層樣品進行表征，以下是具體的性能測試方法。
(1)涂層顯微硬度測試方法
將涂層樣品的橫截面鑲嵌后拋光，采用數(shù)顯硬度計測量涂層橫截面的顯微硬度， 所加載荷為300g，保壓時間為10s。硬度計算公式為2P . a
Hv = — sm —v d2 2
式中P——所加載荷；
d——壓痕對角線長度；
α—正方形四棱角錐體壓頭兩相對面夾角(規(guī)定為136° )。
每個試樣測試5個點，最后的硬度取其平均值。
(2)涂層結(jié)合強度測試方法
該性能測試根據(jù)國標G98642-88 (熱噴涂層結(jié)合強度的測定)進行。拉伸試樣的材質(zhì)是普通的Q235鋼，經(jīng)車削加工成直徑為25. 4mm,高度為30mm的圓柱形標準試樣。具體試驗步驟如下將試樣對偶件A、B噴砂處理，將試件端面A均勻地噴上本發(fā)明的熱噴涂復合涂層，然后用E-7膠將試件A、B件粘合，并將A試件置于B試件之上，使其同軸，經(jīng)過100°C、 Ih加熱固化以后，將試件夾在材料萬能試驗機夾具上，以lmm/min的速度進行拉伸，記下拉斷時所施加的載荷大小，同時觀察拉斷時，試件端面涂層的剝落情況。每種涂層進行五次以上的拉伸測試，結(jié)合強度取其平均值。
(3)表面粗糙度測試方法
利用表面輪廓儀的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學式長度傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波、計算后由顯示儀表指示出表面粗糙度數(shù)值，也可利用表面輪廓儀的記錄器記錄被測截面輪廓曲線。測量原始涂層和經(jīng)過粗磨的涂層的表面粗糙度，并進行比較。
綜上所述，本發(fā)明采用熱噴涂方法制備的用于注塑機螺桿表面強化的復合梯度涂層以位于螺桿表面的金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層作為過渡層，位于過渡層表面的合金涂層作為表面拋磨加工層，與目前常用的螺桿表面處理技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
(1)金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層硬度高，耐高溫磨損性能良好，且與螺桿表面的結(jié)合強度高，能較好地承受螺桿工作時遭受的劇烈摩擦磨損；同時，合金涂層可加工性能良好，便于切削加工和獲得光潔的表面；因此，二者的有機結(jié)合能夠保證熱噴涂技術(shù)在螺桿表面的成功應用，所制備的涂層不僅具備優(yōu)異的表面可拋磨加工性能，而且具有優(yōu)異的基體結(jié)合強度、抗高溫摩擦磨損性與耐腐蝕性，能夠極大地提高螺桿的使用性能，顯著延長其使用壽命。
(2)依據(jù)合金涂層的耐摩擦磨損性能，能夠作為初始工作表層，與金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層共同承受螺桿工作時遭受的劇烈摩擦磨損，能夠進一步延長螺桿使用壽命。
(3)設(shè)備和工藝簡單，易于操作，涂層沉積效率高，且不受螺桿尺寸和施工場所的限制，對螺桿的熱影響小，既可用于螺桿的生產(chǎn)，也可用于螺桿的局部修復。
因此，本發(fā)明中注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層具有綜合成本較低、制備簡單、效果顯著、適于大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點，可替代目前廣泛使用的滲氮、噴焊等螺桿表面處理工藝，顯著延長螺桿的使用壽命，具有良好的應用前景與經(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明注塑機螺桿表面熱噴涂復合梯度涂層的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實施例1中采用超音速火焰噴涂方法在注塑機螺桿表面制備復合梯度涂層的示意圖3a是本發(fā)明實施例1中制得的復合梯度涂層拋光后的截面示意圖北是本發(fā)明實施例1中制得的復合梯度涂層拋光后的表面熒光顯微形貌圖如是本發(fā)明實施例1中制得的復合梯度涂層中過渡層的金相組織圖4b是本發(fā)明實施例1中制得的復合梯度涂層中表層的金相組織圖如是本發(fā)明實施例1中制得的復合梯度涂層拋光后的斷面微觀組織結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
圖2中的附圖標記1-助燃氣；2-燃氣；3-粉末；4-基體。
實施例1
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，該復合梯度涂層是由位于基體表面的WC-12CO過渡涂層，以及位于過渡層表面的Ni60涂層組成，該 WC-12CO涂層厚度為150 μ m, Ν 60涂層厚度為200 μ m。WC_12Co過渡涂層是由市售15 45 μ m的WC-12CO粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，Ν 60涂層是由市售20 40 μ m的Ni60粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。如圖2所示，該復合梯度涂層的具體制備方法如下
1、噴涂前，將基體4進行清洗、除油除銹后采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂預處理，使其粗糙度達到噴涂要求；
2、采用超音速火焰噴涂方法對該基體4表面進行噴涂。首先噴涂WC-12CO過渡層， 控制超音速火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃氣1為O2、燃氣2為丙烷、壓縮空氣的壓力分別為 10kir、6bar、7l3ar，流量分別為 240slpm、70slpm、380slpm，送粉氣 N2 流量為 15slpm，粉末 3輸送速率為50g/min，噴涂距離為250mm。然后噴涂表層Ni60，同樣采用超音速火焰噴涂方法，控制噴涂參數(shù)為助燃氣O2、燃氣丙烷、壓縮空氣的壓力分別為10bar、6bar、7bar，流量分別為150slpm、70slpm、400slpm，送粉氣N2流量為lklpm，粉末輸送速率為45g/min，噴涂距離為300mm。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得WC-12CO過渡涂層的平均硬度為 1300Ην，Ν 60 涂層的硬度為 772Hv(63. 3HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 2. 30 2. 50 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為 Ra = 0. 040 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
圖3a是本實施例中制得的復合梯度涂層拋光后的截面圖，由圖可見，過渡層和表面拋磨加工層厚度分別約為150 μ m和200 μ m，過渡層和基體以及表面拋磨加工層之間結(jié)合緊密，層間無連續(xù)裂紋和孔隙的存在，這是復合梯度涂層具有較高結(jié)合強度的原因；
圖北是本實施例中制得的復合梯度涂層拋光后的表面圖，由圖可見，經(jīng)過磨拋加工的涂層表面十分平整光滑，說明復合梯度涂層的可加工性能良好；
圖如是本實施例中制得的復合梯度涂層中過渡層的金相組織圖，由圖可見，涂層的晶粒較細小且相互結(jié)合緊密，這是過渡層具有較高硬度的原因；
圖4b是本實施例中制得的復合梯度涂層中表層的金相組織圖，由圖可見，涂層的晶粒較粗大但相互結(jié)合緊密，這是表層具有較低硬度且便于加工的原因；
圖如是本實施例中制得的復合梯度涂層拋光后的斷面微觀組織結(jié)構(gòu)，由圖可見， 涂層的顯微組織十分致密均勻，無微裂紋和孔隙等缺陷存在，這是涂層具有較高硬度和結(jié)合強度的原因。
實施例2
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，該復合梯度涂層是由位于基體表面的WC-10Co-4Cr過渡涂層，以及位于過渡層表面的Ni60涂層組成，該 WC-10Co-4Cr涂層厚度為150 μ m，Ni60涂層厚度為200 μ m。WC-10Co_4Cr過渡涂層是由市售15 45 μ m的WC-10Co-4Cr粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，Ni60涂層是由市售20 40 μ m 的Ni60粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。
上述復合梯度涂層的具體制備方法與實施例1中的制備方法相同，所不同的是， 粉末3分別是WC-10Co-4Cr粉末與Ni60，得到基體4表面的復合梯度涂層。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得WC-12CO過渡涂層的平均硬度為 1288Ην，Ν 60 涂層的硬度為 780Hv(63. 5HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 1. 50 1. 80 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為 Ra = 0. 034 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
實施例3
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，該復合梯度涂層是由位于基體表面的Cr3C2-NiCr過渡涂層，以及位于過渡層表面的Ni60涂層組成，該 Cr3C2-NiCr涂層厚度為110 μ m，Ni60涂層厚度為180 μ m。Cr3C2-NiCr過渡涂層是由市售 15 45 μ m的Cr3C2-NiCr粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，Ν 60涂層是由市售20 40 μ m的 Ν 60粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。
上述復合梯度涂層的具體制備方法與實施例1中的制備方法相同，所不同的是， 粉末3分別是Cr3C2-NiCr粉末與Ni60，得到基體4表面的復合梯度涂層。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得Cr3C2-NiCr過渡涂層的平均硬度為U90Hv，Ν 60涂層的硬度為712Hv(61HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 1. 70 2. 00 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為 Ra = 0. 039 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
實施例4:
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，該復合梯度涂層是由位于基體表面的WC-12CO過渡涂層，以及位于過渡層表面的316L涂層組成，該 WC-12Co涂層厚度為120ym，316L涂層厚度為130 μ m。WC_12Co過渡涂層是由市售15 45 μ m的WC-12CO粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，316L涂層是由市售20 40 μ m的316L粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。
上述復合梯度涂層的具體制備方法與實施例1中的制備方法相同，所不同的是， 粉末3分別是WC-12CO粉末與316L，得到基體4表面的復合梯度涂層。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得WC-12CO過渡涂層的平均硬度為1288Hv，316L涂層的硬度為305Hv (31HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 1. 90 2. 30 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為 Ra = 0. 025 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
實施例5
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，與實施例1相同，該復合梯度涂層是由位于基體表面的WC-12CO過渡涂層，以及位于過渡層表面的Ni60 涂層組成，該WC-12CO涂層厚度為120 μ m, Ν 60涂層厚度為130 μ m。WC_12Co過渡涂層是由市售15 45 μ m的WC-12CO粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，Ν 60涂層是由市售20 40 μ m 的Ni60粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。
該復合梯度涂層的制備方法如下
1、噴涂前，將基體進行清洗、除油除銹后采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂預處理，使其粗糙度達到噴涂要求；
2采用爆炸噴涂方法對該基體表面進行噴涂。首先噴涂WC-12CO過渡層，控制爆炸噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃氣O2、燃氣和送粉氣隊的壓力分別為11. 5barU2bar和 11. 5bar，流量分別為76slpm、36slpm和25slpm，送粉速率為60g/min，噴涂距離為180mm。 然后噴涂表層Ni60，同樣采用爆炸噴涂方法，控制噴涂參數(shù)為助燃氣O2、燃氣和送粉氣N2的壓力分別為11. 5bar、12bar和11. 5bar，流量分別為55slpmJ6slpm和25slpm，送粉速率為45g/min，噴涂距離為180mm。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得WC-12CO過渡涂層的平均硬度為1388Ην，Ν 60涂層的硬度為^8Hv(65HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 1. 50 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為Ra =0. 028 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
實施例6
本實施例中，以注塑機螺桿為基體，在基體表面制備復合梯度涂層，與實施例1相同，該復合梯度涂層是由位于基體表面的WC-12CO過渡涂層，以及位于過渡層表面的Ni60 涂層組成，該WC-12CO涂層厚度為200 μ m, Ν 60涂層厚度為230 μ m。WC_12Co過渡涂層是由市售15 45 μ m的WC-12CO粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得，Ν 60涂層是由市售20 40 μ m 的Ni60粉末經(jīng)熱噴涂方法制備而得。
該復合梯度涂層的制備方法如下
1、噴涂前，將基體進行清洗、除油除銹后采用60目棕剛玉砂進行表面噴砂預處理，使其粗糙度達到噴涂要求；
2采用火焰噴涂方法對該基體表面進行噴涂。首先噴涂WC-12CO過渡層，控制火焰噴涂槍的噴涂參數(shù)為助燃氣O2、燃氣Cyi2和壓縮空氣的壓力分別為^arUbar和6bar，流量分別為50slpm、2klpm和250slpm，送粉速率為45g/min，噴涂距離為150mm。然后噴涂表層Ni60，同樣采用火焰噴涂方法，控制噴涂參數(shù)為助燃氣O2、燃氣和壓縮空氣的壓力分別為5bar、Ibar和6bar，流量分別為50slpm、25slpm和250slpm，送粉速率為30g/min，噴涂距離為150mm。
對上述制備得到的基體表面的復合梯度涂層進行如下性能測試
(1)涂層顯微硬度利用涂層顯微硬度測試方法測得WC-12CO過渡涂層的平均硬度為1178Hv，Ni60涂層的硬度為712Hv(61HRC)。
(2)涂層表面粗糙度利用表面輪廓儀分別記錄原始涂層表面輪廓曲線與拋光后涂層，測得原始涂層表面粗糙度約為Ra = 3. 50 μ m，拋光后涂層的平均表面粗糙度約為Ra =0. 078 μ m。
(3)涂層結(jié)合強度利用涂層結(jié)合強度測試方法，經(jīng)拉伸試驗測得涂層在E7膠結(jié)合處拉斷，結(jié)果表明涂層的結(jié)合強度大于70MPa。
以上所述的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，以注塑機螺桿為基體，在該基體表面采用熱噴涂的方法得到，其特征是所述的復合梯度涂層由位于基體表面的過渡層，以及位于過渡層表面的表面拋磨加工合金層組成，所述的過渡層是金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，其特征是: 所述的金屬陶瓷硬質(zhì)合金包括 Cr3C2-Ni、WC-CrC-Ni、WC-Co, WC-Co-Cr, Cr3C2-NiCr、 Cr3C2-CoNiCrAlY, WC-FeCrAl 和 WC-Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，其特征是所述的表面拋磨加工合金層包括 NiCr、NiCrBSi、NiAl、NiCrAl、316L、NiCrBSiFe 和 NiCrBSiMoFe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，其特征是所述的基體材料包括45號鋼、40Cr、氮化鋼、38CrMoAl、34CrAlNi和31CrMol2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，其特征是所述的過渡層金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層的厚度范圍為100 μ m 200 μ m,表面拋磨加工合金涂層的厚度范圍為100 μ π! 150 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層，其特征是所述熱噴涂方法包括超音速火焰噴涂、爆炸噴涂、等離子噴涂、火焰噴涂和電弧噴涂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層的制備方法，其特征是包括如下步驟步驟1 對基體進行清洗、除油除銹和表面粗化；步驟2 在經(jīng)步驟1處理的基體表面采用熱噴涂方法制備一層金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層作為過渡層；步驟3 在步驟2得到的過渡層表面采用熱噴涂方法制備一層合金涂層作為表面拋磨加工合金層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注塑機螺桿表面熱噴涂復合梯度涂層的制備方法，其特征是所述的步驟1中，表面粗化方法包括噴砂、車螺紋或滾花或電拉毛。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注塑機螺桿表面熱噴涂復合梯度涂層的制備方法，其特征是所述的步驟2中，采用超音速火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)為助燃氣、燃氣和輔助氣的壓力分別為6 12bar、3 8bar和5 8bar，流量分別為200 300slpm、60 80slpm和 300 500slpm，送粉氣壓力為3 9bar，流量為10 20slpm，送粉速率為40 150g/min， 噴涂距離為150 300mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的注塑機螺桿表面熱噴涂復合梯度涂層的制備方法，其特征是所述的步驟3中，采用超音速火焰噴涂方法，其噴涂參數(shù)為助燃氣、燃氣和輔助氣的壓力分別為8 12bar、4 8bar和6 8bar，流量分別為100 200slpm、60 90slpm禾口 350 550slpm，送粉氣壓力為3 9bar，流量為10 20slpm，送粉速率為30 120g/min， 噴涂距離為200 350mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于注塑機螺桿表面的熱噴涂復合梯度涂層及其制備方法。該復合梯度涂層以位于螺桿基體表面的金屬陶瓷硬質(zhì)合金涂層作為過渡層，在該過渡層表面熱噴涂表面拋磨加工合金層。與現(xiàn)有的螺桿表面涂層相比，該復合梯度涂層不僅具有優(yōu)異的表面易于拋磨加工性能，而且具有優(yōu)異的基體結(jié)合強度、耐摩擦磨損性能和耐高溫、耐腐蝕性能，能夠極大地提高螺桿的使用性能，顯著延長螺桿的使用壽命，可替代目前廣泛使用的滲氮、噴焊等螺桿表面處理工藝，具有良好的應用前景與經(jīng)濟效益。
文檔編號C23C4/06GK102534455SQ20111044615
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者丁思月, 李華, 薛群基, 袁建輝, 雷強, 黃晶 申請人:中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所