一種雙級表面復合強化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種表面強化方法，特別是涉及一種雙級表面復合強化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面工程是表面經(jīng)過預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面技術(shù)復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學成分、組織結(jié)構(gòu)和應力狀況，以獲得表面所需性能的系統(tǒng)工程。表面工程技術(shù)是表面工程的核心和實質(zhì)。采用激光熔覆的方法對模具進行修復與表面強化。但是，激光熔覆方法存在效率低、強度低、熔覆層易開裂和成本極高等問題。
[0003]目前，模具修復與表面強化的方法通常還有:(1)電鍍:具有工藝成熟、成本較低等優(yōu)點，但是不足之處是鍍層較薄，與模具的結(jié)合力差，外形損壞較大的部位難于修復以及對環(huán)境有污染。(2)堆焊:常用的堆焊方法有釬焊、電弧焊、氣體保護焊、等離子弧焊等，堆焊時，熱量輸入大，導致模具熱影響區(qū)大且易變形。(3)熱噴涂:工藝簡單，但涂層易產(chǎn)生氣孔，以及存在涂層與模具之間結(jié)合強度低等缺點。(4)激光熔覆:激光熔覆方法存在效率低、強度低、熔覆層易開裂和成本極高等問題。
[0004]因此，尋求新的表面強化方法，對機械零件進行表面強化，進而提高其使用壽命是科技工作者與工程師中致力追求的目標。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種雙級表面復合強化方法，將感應熔涂技術(shù)和滾壓硬化技術(shù)結(jié)合在一起，在感應熔涂制備強化層的基礎(chǔ)上，通過滾壓硬化處理，既使涂層與基體之間形成強冶金結(jié)合，有效地避免了涂層剝落，又顯著提高了機械零件表面的硬度、耐磨性等力學性能，使用壽命得到極大地提升，顯著降低了機械零件使用和運行成本，達到機構(gòu)零件之表面強化之目的。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種雙級表面復合強化方法，包括以下步驟:
1)工裝保護:對非涂覆部位進行工裝保護，使非涂覆部位避免噴砂破壞；
2)噴砂粗糙潔凈化處理:對零件待強化表面進行噴砂潔凈粗糙化處理，使待涂覆部位表面除油除銹，并粗糙化，達到sa3.2的要求;噴砂處理中，所用砂為棕剛玉或金剛砂，其顆粒粒度為14?30目；
3)預沉積涂層:選取所用噴涂粉末，采用熱噴涂工藝，對待涂覆部位制備涂層;預熱感應熔涂:對已形成涂層的部位進行預熱感應熔涂，實現(xiàn)涂層與零件基體的冶金結(jié)合，以及，使涂層致密，并達到規(guī)定的涂層硬度。
[0007]4)滾壓硬化處理:采用滾壓工藝，對涂層進行滾壓硬化處理，使涂層硬度和致密性得到進一步提升。
[0008]進一步，所選用的噴涂粉末，既可以是鎳基合金粉末、鐵基合金粉末、銅基合金粉末和鈷基合金粉末中的一種，也可以是上述的兩種以上粉末。
[0009]進一步，噴涂層的結(jié)構(gòu)既可以是單一合金結(jié)構(gòu)，也可以是梯度結(jié)構(gòu)，又可以是以上兩種粉末組成的復合結(jié)構(gòu)。
[0010]進一步，感應熔涂工藝分為三個步驟:
a)對已形成涂層的模具表面進行預熱，預熱溫度范圍:200?600°C;
b)對涂層進行重熔處理，對于鎳基合金粉末，涂層重熔溫度:900-1100°C;對于鐵基、鈷基粉末，涂層重熔溫度:1050-1200°C ；
c)保溫冷卻至400°C后，自然冷卻至室溫。
[0011 ]進一步，用于預熱和感應重熔的設(shè)備為感應加熱設(shè)備，其工作頻率:5?30KHZ，根據(jù)模具的形狀、大小，其設(shè)備功率為:40?500KVA。
[0012]進一步，滾壓工藝分為兩個步驟:
a)或在感應熔涂后工件表面溫度降至300?500°C時，或采用感應加熱，將工件預熱至300?500。。。
[0013]b)對涂層進行滾壓處理，加滾壓力5000?200000N之間，滾壓后的涂層硬度比感應熔涂層的硬度高HRC5?15。
[0014]本發(fā)明的有益效果:將預熱感應熔涂工藝與滾壓硬化工藝相統(tǒng)一，實現(xiàn)了機構(gòu)零件表面雙級強化處理，使得涂層的硬度、耐磨性等力學性能得到兩級提升，機械零件基體與涂層之間實現(xiàn)了冶金結(jié)合，界面結(jié)合力達300?450Ma，有效地防止了涂層剝落，顯著地提升了其的使用壽命，因而具有良好的經(jīng)濟效益、節(jié)能效果。采用本發(fā)明，既可以用于機械零件的新品強化，也可用于機械零件的舊品再制造。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0016]實施例1:基于鎳基合金涂層的雙級表面復合強化處理其具體工藝步驟:
1)對非涂覆部位進行工裝保護，使非涂覆部位避免噴砂破壞。
[0017]2)對零件待強化表面進行噴砂潔凈粗糙化處理，使待涂覆部位表面除油除銹，并粗糙化，達到sa3.2的要求;噴砂處理中，所用砂為棕剛玉或金剛砂，其顆粒粒度為14?16目。
[0018]3)選取所用的鎳基自熔性合金粉末，采用普通火焰噴涂工藝，對待涂覆部位制備涂層。鎳基自熔性合金粉末粒度:150-320目，其成分:C: 0.3?0.5wt.%，S1: 3.0?4.5wt.%，B:2.0?3.0wt.%,Cr: 1 l~15wt.%，F(xiàn)e: < 5wt.%，余量:Ni。沉積的涂層厚度:0.8mm。
[0019]4)對已形成涂層的部位進行預熱感應熔涂。感應預熱工作頻率:8KHZ，采用循環(huán)預熱方式，將涂層表面預熱至200°C ；感應熔涂工作頻率:10KHZ，熔涂溫度:1020°C，熔涂功率:110KVA，預熱感應熔涂后的涂層硬度:HRC44?49。
[0020]5)采用滾壓工藝，對涂層進行滾壓硬化處理，加滾壓力:100000N，滾壓硬化后的涂層硬度為:HRC57?60。
[0021 ]實施例2:基于鐵基合金涂層的雙級表面復合強化處理其具體工藝步驟:
1)對非涂覆部位進行工裝保護，使非涂覆部位避免噴砂破壞。
[0022]2)對零件待強化表面進行噴砂潔凈粗糙化處理，使待涂覆部位表面除油除銹，并粗糙化，達到sa3.2的要求;噴砂處理中，所用砂為棕剛玉或金剛砂，其顆粒粒度為14?16目。
[0023]3)選取所用的鐵基自熔性合金粉末，采用亞音速火焰噴涂工藝，對待涂覆部位制備涂層。鎳基自熔性合金粉末粒度:150?320目，其成分:C: 0.6?1.0wt.%，S1: 3.0~4.3wt.%，B: 3.0~4.0wt.%, Cr: 3.0?4.0wt.%，Nil6?285wt.%，余量:Fe。沉積的涂層厚度:1.0mm。
[0024]4)對已形成涂層的部位進行預熱感應熔涂。感應預熱工作頻率:12KHZ，采用循環(huán)預熱方式，將涂層表面預熱至350°C