專利名稱：一種耐磨TiNi形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨涂層的制備方法，具體涉及一種耐磨TiNi形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法
背景技術(shù)：
TiM形狀記憶合金是一種新型的性能優(yōu)異的耐磨材料，其耐磨性能可與典型的耐磨材料媲美，但材料的硬度比傳統(tǒng)耐磨材料低得多，按照經(jīng)典磨損理論可知，材料的硬度起著關(guān)鍵性作用，且工況不同時，硬度等機(jī)械性能對材料耐磨性的影響也不同。而馬氏體的擇優(yōu)取向、超彈性和形狀記憶效應(yīng)使得TiNi形狀記憶合金具有優(yōu)異的耐磨性，另外合金良好的應(yīng)變硬化效應(yīng)、熱硬性及抗疲勞等特性也有助于合金的耐磨性。挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)等工程機(jī)械的工作條件惡劣，受力復(fù)雜多變，磨損嚴(yán)重，鏟斗是這些機(jī)械的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。在鏟運(yùn)過程中，鏟斗是受物料磨損的主要部位，磨損嚴(yán)重后不但影響整機(jī)的使用性能，而且會減少鏟斗容量。因此，如何改進(jìn)斗齒性能，提高其耐磨性能，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在斗齒等易磨損部件表面制備耐磨TiM形狀記憶合金涂層，利用TiM形狀記憶合金優(yōu)異的耐磨性，有效保證斗齒的使用壽命；延長鏟斗的整體使用壽命。TiM形狀記憶合金涂層的常用方法有脈沖激光沉積法、電弧噴涂法制備以及直流或射頻磁控濺射法等，然而這些方法設(shè)備比較復(fù)雜，涂層沉積速度慢，尤其是用這些方法所制備的TiNi形狀記憶合金涂層的厚度非常薄，只有約為10 μ m，由于薄膜過厚所造成的內(nèi)應(yīng)力過大而會導(dǎo)致薄膜脫落。因此對于要應(yīng)用于挖掘機(jī)鏟斗等易磨損部件需較厚的耐磨涂層來說，需采用新的制備方法鍍制厚的耐磨TiM形狀記憶合金來滿足工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，用氬弧焊方式快速的制備出厚度較厚的耐磨TiM形狀記憶合金涂層，并且降低了制備成本、簡化了制備工藝。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種耐磨TiNi形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1 2mm， 氬弧焊工藝參數(shù)為電流60 130A ；電壓10 100V ；氬氣保護(hù)的流量為6-12L/min。所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。本發(fā)明是在惰性氣體氬氣保護(hù)下，以熔焊方式將TiNi形狀記憶合金熔融，將TiNi 形狀記憶合金與鋼形成緊密結(jié)合的兩相冶金界面，避免產(chǎn)生間隙。本發(fā)明采用氬弧焊方式制備TiM形狀記憶合金涂層可降低設(shè)備成本，氬氣保護(hù)可以避免焊接界面氧化，增加涂層與鋼基體試樣的結(jié)合強(qiáng)度；步驟一中清洗鋼基體試樣是為了提高焊料潤濕性，潤濕性能是指焊料熔液在鋼基體表面能鋪展，接觸面有擴(kuò)大的趨勢，提高潤濕性能即是使熔液對鋼基體表面的附著力大于與其內(nèi)聚力。


圖1為用本發(fā)明所制備的TiNi形狀記憶合金涂層的光學(xué)顯微鏡照片。圖2為TiNi形狀記憶合金涂層磨損前的光學(xué)顯微鏡照片。圖3為載荷為10N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的光學(xué)顯微鏡照片。圖4為載荷為10N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的磨痕寬度及深度示意圖。圖5為載荷為20N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的光學(xué)顯微鏡照片。圖6為載荷為20N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的磨痕寬度及深度示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 1mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流60A ；電壓80V ；氬氣保護(hù)的流量為6L/min。實(shí)施例二本實(shí)施例包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 4mm,氬弧焊工藝參數(shù)為電流60A ；電壓100V ；氬氣保護(hù)的流量為8L/min。實(shí)施例三本實(shí)施例包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 0mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流80A ；電壓10V ；氬氣保護(hù)的流量為12L/min。實(shí)施例四
5
本實(shí)施例包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度2mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流130A ；電壓80V ；氬氣保護(hù)的流量為lOL/min。實(shí)施例五本實(shí)施例包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 8mm, 氬弧焊工藝參數(shù)為電流100A ；電壓50V ；氬氣保護(hù)的流量為2L/min。圖1為本發(fā)明實(shí)施例二所制備的TiNi形狀記憶合金涂層的光學(xué)顯微鏡照片，從圖中測量可得TiNi形狀記憶合金涂層厚度達(dá)到1. 4mm。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二 TiNi形狀記憶合金涂層磨損前的光學(xué)顯微鏡照片，可看出 TiNi形狀記憶合金涂層表面光滑無氣泡。圖3為本發(fā)明實(shí)施例二載荷為10N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的光學(xué)顯微鏡照片，可看出磨痕有891 μ m圖4為本發(fā)明實(shí)施例二載荷為10N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的磨痕寬度及深度示意圖，可得到磨痕寬度約900 μ m，深度約為3 μ m。圖5為本發(fā)明實(shí)施例二載荷為20N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的光學(xué)顯微鏡照片，可看出與圖3相比較，當(dāng)載荷增加后，磨痕寬度增加到 1044 μ m0圖6為本發(fā)明實(shí)施例二載荷為20N、速度為0. 05m/s、干摩擦工況下TiNi形狀記憶合金涂層磨損后的磨痕寬度及深度示意圖，可看出與圖3相比較，當(dāng)載荷增加后，可得到磨痕寬度約1000 μ m,深度約為12 μ m,現(xiàn)有技術(shù)制備出的TiNi形狀記憶合金涂層厚度最多也只能達(dá)到10 μ m，在此工況條件下，現(xiàn)有技術(shù)所制備的TiNi涂層根本達(dá)不到對易損件的保護(hù)作用。
權(quán)利要求
1.一種耐磨TiNi形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融 TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1 2mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流60 130A ；電壓10 100V ；氬氣保護(hù)的流量為6-12L/min ； 所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇 TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 1mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流60A ；電壓80V ；氬氣保護(hù)的流量為6L/min ； 所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性； 步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融 TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 4mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流60A ；電壓100V ；氬氣保護(hù)的流量為8L/min ； 所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性； 步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融 TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 0mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流80A ；電壓10V ；氬氣保護(hù)的流量為12L/min ； 所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合^^，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度2mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流130A ；電壓80V ；氬氣保護(hù)的流量為lOL/min ；所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨TiM形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合^^，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼基體試樣表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1. 8mm,氬弧焊工藝參數(shù)為電流100A ；電壓50V ；氬氣保護(hù)的流量為2L/min ； 所述的TiNi形狀記憶合金分子式為TiNi。
全文摘要
一種耐磨TiNi形狀記憶合金涂層的氬弧焊制備方法，包括以下步驟步驟一、清洗鋼基體試樣，去除試樣表面的氧化膜，提高焊料潤濕性；步驟二、選擇TiNi形狀記憶合金為熔焊焊絲，以氬弧焊方式加熱熔融TiNi形狀記憶合金，使TiNi形狀記憶合金熔液流入鋼表面，并在惰性氣體氬氣保護(hù)下電弧和熔融TiNi形狀記憶合金，在鋼基體試樣表面形成TiNi形狀記憶合金涂層，其厚度1～2mm，氬弧焊工藝參數(shù)為電流60～130A；電壓10～100V；氬氣保護(hù)的流量為6-12L/min，本發(fā)明采用氬弧焊方式制備TiNi形狀記憶合金涂層可降低設(shè)備成本，氬氣保護(hù)可以避免焊接界面氧化，增加涂層與鋼基體試樣的結(jié)合強(qiáng)度。
文檔編號B23K9/06GK102400081SQ20111032786
公開日2012年4月4日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者曾群鋒, 董光能 申請人:西安交通大學(xué)