一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝制造技術

本發明專利技術涉及一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，屬于零件再制造工程領域。該工藝包括：確定零件修復尺寸，檢驗零件內部是否有損傷；對零件待修復表面進行除油、除銹處理；將原材料鈦粉和石墨用球磨機均勻混合后用酒精稀釋粘結劑調制成糊狀漿料，并采用刷涂法將其涂覆在待修復表面并按一定規范烘干；選用TIG焊機，以工業純氮為保護氣體，直流正接，進行搭接燒熔；保溫緩冷后用無損探傷方法檢查修復層質量；對修復層進行機械加工以滿足零件尺寸要求和表面質量要求。本發明專利技術具有修復層耐磨性優異、工藝設備簡單、成本低廉的特點，適用于表面磨損而基體內部無損傷零件的再制造修復及技術升級。

【技術實現步驟摘要】
一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝
本專利技術提供一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，屬于零件再制造
，適用于表面磨損而基體內部無損傷零件的再制造修復和技術升級。技術背景隨著現代科學技術和工業的迅猛發展，各行各業對材料的表面性能要求不斷提高，尤其一些經常在高溫、高壓、高速、重載、腐蝕的惡劣條件下服役的大型、關鍵設備零部件。機械產品的故障往往是由個別零部件的表面失效造成，而摩擦磨損是材料表面失效的主要形式。顆粒增強金屬基復合材料涂層因其高比強度、高比模量和優異的耐磨性，己成為金屬材料表面強化的重要方法。其中，通過外加物料間或外加物料與基體間的相互反應形成硬質顆粒增強相的耐磨涂層反應合成制備方法，由于增強相與涂層同時形成，增強相具有顆粒細小、性能穩定、分布均勻、界面潔凈、與基體結合良好的優點，是目前制備性能優良耐磨涂層的主要方法之一。再制造是指將機電產品運用高科技進行專業化修復或升級改造，使它恢復到像新品一樣或優于新品的批量化制造過程。零件再制造修復是通過運用相應的清洗技術、修復技術和表面處理技術，使廢舊零部件達到或超過新品的性能，恢復或延長產品的使用壽命。零件再制造修復充分利用了廢舊零部件中蘊含的二次資源，節約了制造新產品所需的能源和原材料，降低了維修成本，而且具有使用方便、操作簡單、方便維修的特點。TiN和TiC含鈦陶瓷涂層以其高硬度、高耐磨性和良好的化學穩定性而成為具有巨大應用前景的涂層材料。但TiC涂層太脆，在使用中容易崩落；而TiN涂層在高溫條件下抗氧化、抗磨損能力方面不足，限制了其進一步發展。TiCN是一種性能優良、用途廣泛的非氧化物材料，亦是一種性能優異的涂層材料，它是TiN和TiC的固溶體，兼有兩者的特性和優點。與TiC相比，TiCN的塑性、耐磨性更優異；與TiN相比，TiCN有更好的抗粘著磨損和抗磨粒磨損性能及更低的摩擦因數。目前，研究人員就化學氣相沉積、物理氣相沉積、離子束輔助沉積、等離子體沉積、激光熔覆制備TiCN涂層的工藝、機理及性能進行了大量研究，并取得了豐碩的成果。但上述TiCN涂層制備方法普遍需要超高真空和高壓，而且設備價格昂貴、耗能多、成本高、工藝復雜，因而限制了在零件再制造修復中更加普遍的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對上述問題，提供一種低成本、高效率、可靠的零件再制造修復工藝，適用于表面磨損而基體內部無損傷零件的再制造修復及技術升級。本專利技術的目的通過以下措施實現，采用傳統T工G焊機，采用直流正接，以高純氮氣為保護氣體，以工業鈦鐵粉和石墨粉為原材料，利用氮弧熔覆技術，在金屬零件表面原位合成TiCN顆粒增強金屬陶瓷耐磨涂層。本專利技術的技術方案如下:(1)零件檢驗:檢驗零件磨損量，通過無損探傷選擇磨損量δ＝0.2～4.5mm的內部無損傷零件作為再制造修復對象。(2)球磨混粉:將純度不低于98％的鈦鐵粉和碳質量分數不低于98％的石墨粉按鈦碳摩爾比1:1用球磨機混合，球磨介質為酒精。(3)調制漿料:將上述球磨混合后的粉末用酒精稀釋聚丙烯酸酯有機粘結劑調成糊狀漿料，漿料中聚丙烯酸酯有機粘結劑與混合粉末的質量百分比為1％。(4)零件預處理:將零件置于PH值為11,溫度為85℃的NaOH溶液中煮洗30min,去除零件表面及滲入零件內部的油污；采用鑄鋼砂對待修復表面進行干噴砂處理直到出現金屬光澤；用酒精溶液清洗經噴砂處理表面并用熱風吹干。(5)預置涂層:采用刷涂法在處理后的零件表面均勻刷涂厚度d＝δ+0.3～0.5mm的糊狀漿料，之后將其置入烘干箱烘干直至無水分為止。(6)氮弧熔覆:在氮氣保護下用TIG焊機對上述預置涂層進行搭接燒熔。燒熔工藝條件為:直流正接，鎢極直徑1～5mm，電弧長度1～3mm，焊接電流50～500A,氮氣流量10～15L/min,氮氣純度99.5％～99.99，焊接速度1～4mm/s，燒熔道次重疊率30％～50％。(7)涂層后處理:將上述氮弧熔覆后的零件置于600～700℃的熱處理爐，斷電后隨爐冷卻至室溫。(8)涂層檢驗:無探傷檢查涂層是否存在裂紋、氣孔、夾渣、未熔透、未焊合缺陷。對涂層中含有所述缺陷的零件予以報廢或剔除涂層后重復步驟(3)～(6)，直至探傷無所述缺陷為止。(9)涂層后加工:按照零件尺寸和表面質量要求，對涂層無缺陷的零件進行機械加工。本專利技術具有積極的效果:本專利技術提供的基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，無需預先合成TiCN粉體，而是利用TiCN形成元素在氮弧燒熔過程中通過反應直接合成TiCN顆粒增強金屬陶瓷涂層。熔覆過程中，氮弧能量將預涂鈦粉和石墨粉的金屬零件基體熔化或熔融為低熔點液態合金的同時使部分氮氣電離，電離的氮氣及未被電離的氮氣與熔化或熔融的鈦及石墨反應生成碳氮化鈦硬質相，冷卻凝固后形成以碳氮化鈦為硬質相，零件基體金屬為基體相(粘結相)的碳氮化鈦顆粒增強金屬復合耐磨涂層。本專利技術具有方法簡單、修復成本低、修復層耐磨性好、應用范圍廣的特點，拓展了TIG焊的應用，為零件再制造修復提供了新工藝。附圖說明圖1是零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層工藝流程圖，圖2是反應氮弧熔覆耐磨涂層與45#鋼(調質處理)的磨痕對比圖。具體實施方式實施例1:本專利技術采用上述基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，對一材質為45#鋼的光軸軸頸部分進行再制造修復。工藝流程見圖1，具體工藝步驟如下:(1)用外徑百分表測得軸頸磨損尺寸為0.45mm,X射線無損探傷發現軸內部沒有損傷。(2)將鈦粉(寧晉縣恒發鈦粉廠生產，化學成分見表1)和碳質量分數不低于98的石墨粉(天津大茂化學試劑廠生產)按鈦碳摩爾比1:1(質量比47.9:12)用DQM型行星式球磨機混合，球磨介質為濃度95％的酒精，球料比5:1，球磨轉速120r/min，球磨時間12h。表1鈦粉化學成分(3)用濃度95％的酒精稀釋聚丙烯酸酯作為粘結劑，將上述球磨混合后的粉末調成糊狀漿料。調制時，聚丙烯酸酯與混合粉末按質量百分比1％選取。(4)將待修復軸頸置于PH值為11,溫度為85℃的NaOH溶液中煮洗30min。(5)對待修復的軸頸表面進行干噴砂直到出現金屬光澤，干噴砂的砂料選用鑄鋼砂。(6)用濃度95％的酒精涮洗噴砂表面并用熱風吹干。(7)采用刷涂法將糊狀漿料均勻刷涂在經上述處理后的軸頸表面，刷涂厚度0.8mm,刷涂時不斷壓實刷涂層。(8)將刷涂好漿料的待修復光軸置入60℃的烘干箱烘干直至無水分。(9)在氮氣保護下用松下YC-500WX型TIG焊機對上述烘干后的漿料層進行搭接燒熔。燒熔工藝條件為:直流正接，鎢極直徑1.6mm，電弧長度3mm，焊接電流120A,氮氣流量12L/min,氮氣純度99.9，焊接速度3mm/s，燒熔道次重疊率40％士50％。(10)將上述氮弧熔覆后的軸置于650℃的熱處理爐中，斷電后隨爐冷卻至室溫。(11)分別用滲透探傷和X射線探傷檢查涂層表面質量，未發現裂紋、氣孔、夾渣、無熔透、無焊合缺陷存在。(12)按照軸頸技術要求，對涂層進行磨削加工。從附圖2可知，涂層局部出現有明顯塑性流變區的磨坑，磨坑部位有細而淺的劃痕。調質處理的45#鋼基體磨痕為貫穿于整個摩擦面的平行深犁溝，且犁溝沒有阻斷現象。由此得知，本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝，其特征在于包括如下步驟和工藝條件：(1)零件檢驗：檢驗零件磨損量，通過無損探傷選擇磨損量δ＝0.2～4.5mm的內部無損傷零件作為再制造修復對象。(2)球磨混粉：將純度不低于98％的鈦鐵粉和碳質量分數不低于98％的石墨粉按鈦碳摩爾比1∶1用球磨機混合，球磨介質為酒精。(3)調制漿料：將上述球磨混合后的粉末用酒精稀釋聚丙烯酸臘有機粘結劑調成糊狀漿料，漿料中聚丙烯酸臘有機粘結劑與混合粉末的質量百分比為1％。(4)零件預處理：將零件置于PH值為11、溫度為85℃的NaOH溶液中煮洗30min，去除零件表面及滲入零件內部的油污；采用鑄鋼砂對待修復表面進行干噴砂處理直到出現金屬光澤；用酒精溶液清洗經噴砂處理表面并用熱風吹干。(5)預置涂層：采用刷涂法在處理后的零件表面均勻刷涂厚度d＝δ+0.3～0.5mm的糊狀漿料，之后將其置入60℃烘干箱烘干直至無水分為止。(6)氮弧熔覆：在氮氣保護下用TIG焊機對上述預置涂層進行搭接燒熔。燒熔工藝條件為：直流正接，鎢極直徑1～5mm，電弧長度1～3mm，焊接電流50～500A，氮氣流量10～15L/min，氮氣純度99.5％～99.99％，焊接速度1～4mm/s，燒熔道次重疊率40％±5％。(7)涂層后處理：將上述氮弧熔覆后的零件置于650℃的熱處理爐，斷電后隨爐冷卻至室溫。(8)涂層檢驗：無探傷檢查涂層是否存在裂紋、氣孔、夾渣、未熔透、未焊合缺陷。對涂層中含有所述缺陷的零件予以報廢或剔除涂層后重復步驟(3)～(6)，直至探傷無所述缺陷為止。(9)涂層后加工：按照零件尺寸和表面質量要求，對涂層無缺陷的零件進行機械加工。...

【技術特征摘要】
1.一種基于零件再制造修復的反應氮弧熔覆耐磨涂層制備工藝,具體工藝步驟如下：(1)用外徑百分表測得蓋板磨損尺寸為2.54mm，X射線無損探傷發現蓋板內部沒有損傷；(2)將鈦粉和碳質量分數不低于98％的石墨粉按鈦碳摩爾比1∶1也即質量比為47.9∶12用DQM型行星式球磨機混合，球磨介質為濃度95％的酒精，球料比5∶1，球磨轉速120r/min，球磨時間12h；其中鈦粉的化學成分為：Ti的質量分數為大于98.0％，Fe的質量分數為小于0.40％，Si的質量分數為小于0.06％，Cl的質量分數為小于0.09％，C的質量分數為小于0.06％,N的質量分數為小于0.08％,O的質量分數為小于0.80％，H的質量分數為小于0.08％，Mg的質量分數為小于0.12％，Mn的質量分數為小于0.06％,并且，鈦粉的生產廠家為寧晉縣恒發鈦粉廠；石墨粉為天津大茂化學試劑廠生產；(3)用濃度95％的酒精稀釋聚丙烯酸酯作為粘結劑，將上述球磨機球磨混合后的粉末調成糊狀漿料，調制時，聚丙烯酸...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郝建軍，馬躍進，李建昌，趙建國，馬璐萍，
申請(專利權)人：河北農業大學，
類型：發明
國別省市：