專利名稱：一種零件表面熔覆層工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種零件表面處理方法，尤其涉及一種零件表面熔覆層工藝方法。
背景技術：
在機械制造領域，經常用在機械零件的表面加合金涂層的方法來提高機械零件的表面強度、表面耐磨性、表面硬度與搞腐蝕性。常用的方法是用激光、感應、等離子、氧-乙炔火焰與真空燒結等方法將自熔性合金粉末熔覆于金屬機械零件表面。這些方法都需要事先在金屬機械需件表面上做出自熔性合金粉末的預涂層，在制作預涂層過程中通常采用氧-乙炔火焰噴涂法、等離子噴涂法與超音速火焰噴涂法。這些方法均會造成合金粉末的巨大浪費，合金粉末的有效利用率僅為30～70％，而且這些方法制作的預涂層已經有燒蝕現(xiàn)象，對熔覆涂層的質量有不利影響。
這就需要有一種工藝方法，能使合金粉末均勻地涂覆在金屬機械零件表面，同時浪費小，利用率高。熔覆涂層加工后的零件表面質量均勻穩(wěn)定，能夠很好地滿足使用性能要求。

發(fā)明內容
鑒于上述現(xiàn)有技術所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種零件表面熔覆層工藝方法。能使合金粉末均勻地涂覆在金屬機械零件表面，同時浪費小，利用率高。熔覆涂層加工后的零件表面質量均勻穩(wěn)定，能夠很好地滿足使用性能要求。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種零件表面熔覆層工藝方法，包括A、制作預涂層將表面涂層材料制劑均勻涂于零件的表面；B、干燥通過自然干燥或烘干使面涂層材料制劑凝固；C、熔覆涂層將表面涂層材料制劑熔覆于零件表面。
所述的步驟A包括A1、制備表面涂層材料用粘接劑浸透自熔性合金粉末，并分離出多余的粘接劑，制成表面涂層材料；A2、涂覆表面涂層材料將步驟A1制備的表面涂層材料噴涂于零件的表面；涂層的厚度控制在0.2mm～3mm。
所述的步驟A還包括A3、回收表面涂層材料涂覆過程中在零件下方設有回收水槽，將未被涂在表面的表面涂層材料經水洗后分離出自熔性合金粉末。
所述的步驟A1中分離出多余的粘接劑的過程包括采用孔徑小于自熔性合金粉末粒度的篩網過濾出多余的粘接劑。
所述的步驟B包括采用紅外線照射同時熱空氣循環(huán)進行烘干，熱空氣溫度200℃～300℃，烘干時間5秒～15分鐘。
所述的步驟C包括電磁感應熔覆涂層在零件表面距離表面設定的尺寸位置設置電磁感應線圈，采用電磁感應原理加熱零件表面，將表面涂層材料熔覆于零件的表面；或者，采用激光、等離子、氧-乙炔火焰或真空燒結方法需說明具體方法所述電磁感應熔覆涂層的主要工藝參數(shù)為距離零件表面設定的尺寸為1毫米～5毫米；電磁振蕩頻率200Hz～250Hz；電磁振蕩功率100KW；輸出加熱功率85KW±5KW。
所述的零件表面熔覆層工藝方法，在步驟A前還包括D、零件表面噴砂對零件表面采用射吸式或壓力式噴砂，去除零件表面的金屬氧化物與雜質，增加表面的附著力。
所述的零件表面熔覆層工藝方法，所述的步驟D應在步驟A前1小時內進行或完成步驟D后將其置于真空環(huán)境中防止其氧化。
所述的零件表面熔覆層工藝方法，在步驟A前還包括E、零件表面除油通過堿性水溶液清洗或火焰烘烤的方法去除零件表面的油漬與污物；所述采用堿性水溶液去除零件表面的油漬與污物的方法可用堿性水溶液對零件進行沖洗或浸泡，具體工藝參數(shù)為堿溶液配方重量百分比氫氧化鈉8‰～15‰、碳酸鈉5‰～10‰、磷酸三鈉5‰～10‰、十二烷基磺酸鈉0.2‰～1‰、余量為水；溶液溫度50℃～60℃；浸泡時間10分鐘～30分鐘；或者，所述采用火焰烘烤的方法可采用還原性氧-乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油漬分解；具體工藝參數(shù)可為火焰溫度6000℃～12000℃；工件表面溫度小于500℃。
由以上方案可知，本發(fā)明所述的一種零件表面熔覆層工藝方法，將自熔性合金粉末用粘接劑浸透后噴涂于零件的表面，能使自熔性合金粉末均勻地涂覆在金屬機械零件表面，利用水槽清洗回收自熔性合金粉末，浪費小，利用率高。同時在噴涂前采用了除油、噴砂或預機加工處理，在熔覆后又采用了精加工工藝，使熔覆涂層加工后的零件表面質量均勻穩(wěn)定，能夠很好地滿足使用性能要求。


圖1為本發(fā)明所述的零件表面熔覆層工藝方法流程圖一；圖2為本發(fā)明所述的零件表面熔覆層工藝方法的噴砂流程圖；圖3為本發(fā)明所述的零件表面熔覆層工藝方法流程圖二。
具體實施例方式
本發(fā)明所述的一種零件表面熔覆層工藝方法的具體實施例如圖1所示所述的零件表面熔覆層工藝方法，主要過程包括A、制作預涂層這一過程是將表面涂層材料制劑均勻涂于零件的表面，一般包括A1、制備表面涂層材料用粘接劑浸透自熔性合金粉末，并分離出多余的粘接劑，制成表面涂層材料；這里的分離方法是采用孔徑小于自熔性合金粉末粒度的篩網過濾出多余的粘接劑。但是在實際的應用中的自熔性合金粉末的粒度均大于320目篩網的孔徑，所以一般采用320篩網來過濾多余的粘接劑。
這里的粘接劑配方(重量百分比)為水玻璃(模數(shù)≥3) 10％～25％；蜂蜜 0.1％～1％；水 余量。
配方的優(yōu)選配方是水玻璃(模數(shù)≥3) 12％～20％；蜂蜜 0.2％～0.8％；水 余量。
配方的最佳配方是水玻璃(模數(shù)≥3) 15％；蜂蜜 0.4％；水 余量。
按以上任一配方混合均勻就可以作為粘接劑使用。
A2、涂覆表面涂層材料將步驟A1制備的表面涂層材料涂覆于零件的表面；涂層的厚度控制在在0.2mm～3mm。共有三種方法1、噴涂利用壓力噴涂的方法將表面涂層材料涂覆于零件表面。用壓力氣流將表面涂層材料打碎后噴射于零件表面。此方法適用于任何開關的零件。
2、對輥旋轉式利用輥子粘取表面涂層材料與零件相對旋轉，將表面涂層材料均勻涂涂覆于零件表面?？刂戚佔优c零件的間隙就可達到控制涂層厚度的目的。此方法適用于回轉體的外壁或內壁。
3、柱塞擠壓式在柱塞前端設有表面涂層材料，柱塞向前旋轉、擠壓運動，將表面涂層材料覆于零件表面，柱塞與零件內表面的間隙就是涂層厚度。此方法適用于圓柱體的內壁。
A3、回收表面涂層材料涂覆過程中在零件下方設有回收水槽，將未被涂在表面的表面涂層材料經水洗后分離出自熔性合金粉末。這里的分離方法是采用孔徑小于自熔性合金粉末粒度的篩網過濾出自熔性合金粉末。但是在實際的應用中的自熔性合金粉末的粒度均大于320目篩網的孔徑，所以一般采用320目篩網來過濾出自熔性合金粉末。
B、干燥通過自然干燥或烘干使面涂層材料制劑凝固；多采用紅外線照射同時熱空氣循環(huán)進行烘干，熱空氣溫度200℃～300℃，烘干時間5秒～15分鐘，一般要求小于等于10分鐘。
C、熔覆涂層將表面涂層材料制劑熔覆于零件表面。以電磁感應熔覆為例在零件表面距離表面設定的尺寸位置設置電磁感應線圈，采用電磁感應原理加熱零件表面，將表面涂層材料熔覆于零件的表面。
所述電磁感應熔覆涂層的主要工藝參數(shù)為距離零件表面設定的尺寸為1毫米～5毫米；電磁振蕩頻率200Hz～250Hz；電磁振蕩功率100KW；輸出加熱功率85KW±5KW。
電源三相交流電，電壓380V，頻率50Hz；電源容量180KW。
對于軸類零件使用的電磁感應線圈為單匝，可采用截面為圓形的圓銅管繞抽成，圓銅管的壁厚應大于熔覆涂層的厚度，一般采用1毫米～1.5毫米，外徑為10毫米左右。
另外，這一過程可以采用熔覆機床來完成，熔覆機床是由主軸箱、水平移動的工作臺和基座構成的臥式機床。主軸箱安裝在水平移動的工作臺上，水平移動的工作臺在基座導軌上移動，主軸放置與工作臺水平移動均采用步進電機控制。步進電機要求配備手動無級調速裝置(可采用旋鈕式)，主軸轉速為2轉/分鐘～100轉/分鐘，工作臺移動速度為0.5毫米/秒～12毫米/秒且要求無爬行現(xiàn)象。零件兩端采用拉力牽引裝卡。
為了增加零件表面的附著力，所述的零件表面熔覆層工藝方法，在步驟A前還可包括D、零件表面噴砂對零件表面采用射吸式或壓力式噴砂，去除零件表面的金屬氧化物與雜質，增加表面的附著力。一般多采用壓縮空氣噴砂，當然也可以采用噴水砂。
噴砂的具體設備如圖2所示依次包括空壓機、儲氣罐、油水分離器、噴砂槍與噴砂箱，其中空氣壓縮機產生壓縮空氣，供氣量在2立方米～3立方米，供氣壓力不小于0.7MPa；儲氣罐接空氣壓縮機，用于存儲壓縮空氣，減小空氣壓力波動，推薦儲氣量大于空氣壓縮機半分鐘的供氣量；油水分離器接儲氣罐，冷凝與過濾雙功能分離器，一般采用冷凝法除水，過濾法除油；噴砂槍接油水分離器，安裝于噴砂箱中，將砂粒噴射至零件表面；噴砂箱零件設置于噴砂箱內，并做相應的運動，使噴砂均勻。
噴砂的工藝參數(shù)如下砂?；蚰チ献貏傆?；壓縮空氣壓力0.5MPa～0.7MPa；噴砂距離100mm～300mm；噴砂角度60°～75°；噴砂槍口徑φ6mm～φ15mm；噴砂后所達到的工藝要求表面粗糙度Ra4.5μm～12.5μm；噴砂后表面外觀為灰暗色，無光反射斑點或亮線。
另外，同于此工序的主要作用就是去除氧化層，噴砂后的零件表面很容易氧化，因此所述的步驟D應在步驟A前1小時內進行或完成步驟D后將其置于真空環(huán)境中防止其氧化。
因在機械加工過程中的機床設備、潤滑液與冷卻液中均含有油的成分，所以，在步驟A前還包括E、零件表面除油去除表面的油漬，增強附著力。
零件表面除油有兩種方法1、通過堿性水溶液清洗去除零件表面的油漬與污物；所述采用堿性水溶液去除零件表面的油漬與污物的方法可用堿性水溶液對零件進行沖洗或浸泡，具體工藝參數(shù)為堿溶液配方重量百分比氫氧化鈉8‰～15‰、碳酸鈉5‰～10‰、磷酸三鈉5‰～10‰、十二烷基磺酸鈉0.2‰～1‰、余量為水；這里的堿溶液配方推薦使用氫氧化鈉12g/l；碳酸鈉8g/l；磷酸三鈉7g/l；十二烷基磺酸鈉0.5g/l的水溶液。
溶液溫度50℃～60℃；浸泡時間10分鐘～30分鐘；2、所述采用火焰烘烤的方法可采用氧一乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油漬分解；具體工藝參數(shù)可為火焰溫度6000℃～12000℃；工件表面溫度小于500℃。
烘烤時間一般需在5秒到10分鐘。
有時不方便考核火焰溫度與烘烤時間時，可以根據經驗判斷其零件表面的油漬已經分解冒黑煙就可以了。
因一般進行零件表面熔覆涂層加工的場合，均是對零件的精度要求較高的情況，故在步驟A前還包括F、預機加工零件表面采用機加工的方式去除零件表面層金屬，達到要求的精度，同時也可去除較厚的氧化層或其它缺陷。
在有些情況下零件表面熔覆涂層后不能直接應用，還需要進行精加工，如圖3所示精加工在步驟C后G、熔覆后精加工采用磨削、研磨和或珩磨對熔覆后的零件表面進行精加工。
在實際應用中采用磨削的方式比較普遍，下面舉兩例例1選用碳化硅砂輪選用大氣孔中軟硬度(綠色？)碳化硅砂輪，具體工藝參數(shù)如下組織號12或13；磨料粒度46#；結合劑陶瓷；砂輪線速度v＝35米/秒；工件速度v工件，v工件滿足v/v工件＝60～150；縱向進給量fL＝0.2～0.8Bt；Bt為砂輪寬度；橫向進給量fC＝0.005mm，按照少進給，勤進給的原則；冷卻液乳化液。
例2、選用人選金剛石砂輪具體工藝參數(shù)如下磨料粒度粗磨60#或80#；半精磨100#、120#或150#；精磨180#或240#；結合劑樹脂；
金剛石濃度75％；砂輪線速度v＝35米/秒；選用上海砂輪廠TRc80#ST5；工件速度v工件，v工件滿足v/v工件＝60～150；縱向進給量fL＝0.2～0.8Bt；Bt為砂輪寬度；橫向進給量往復行程fC＝0.004mm～0.01mm，選擇100#或150#砂輪；砂輪表面切削溫度小于200℃；冷卻液煤油或柴油。
當然在機械加工領域，在完成加工后檢驗的工序是必不可少的。
以上所述本發(fā)明的具體實施方式
，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
與有代表性的具體實施方式
；但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，包括A、制作預涂層將表面涂層材料制劑均勻涂于零件的表面；B、干燥通過自然干燥或烘干使面涂層材料制劑凝固；C、熔覆涂層將表面涂層材料制劑熔覆于零件表面。
2.根據權利要求1所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟A包括A1、制備表面涂層材料用粘接劑浸透自熔性合金粉末，并分離出多余的粘接劑，制成表面涂層材料；A2、涂覆表面涂層材料將步驟A1制備的表面涂層材料噴涂于零件的表面；涂層的厚度控制在0.2mm～3mm。
3.根據權利要求1或2所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟A還包括A3、回收表面涂層材料涂覆過程中在零件下方設有回收水槽，將未被涂在表面的表面涂層材料經水洗后分離出自熔性合金粉末。
4.根據權利要求1所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟A1中分離出多余的粘接劑的過程包括采用孔徑小于自熔性合金粉末粒度的篩網過濾出多余的粘接劑。
5.根據權利要求1所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟B包括采用紅外線照射同時熱空氣循環(huán)進行烘干，熱空氣溫度200℃～300℃，烘干時間5秒～15分鐘。
6.根據權利要求1所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟C包括電磁感應熔覆涂層在零件表面距離表面設定的尺寸位置設置電磁感應線圈，采用電磁感應原理加熱零件表面，將表面涂層材料熔覆于零件的表面；或者，采用激光、等離子、氧-乙炔火焰或真空燒結方法需說明具體方法
7.根據權利要求6所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述電磁感應熔覆涂層的主要工藝參數(shù)為距離零件表面設定的尺寸為1毫米～5毫米；電磁振蕩頻率200Hz～250Hz；電磁振蕩功率100KW；輸出加熱功率85KW±5KW。
8.根據權利要求1所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，在步驟A前還包括D、零件表面噴砂對零件表面采用射吸式或壓力式噴砂，去除零件表面的金屬氧化物與雜質，增加表面的附著力。
9.根據權利要求8所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，所述的步驟D應在步驟A前1小時內進行或完成步驟D后將其置于真空環(huán)境中防止其氧化。
10.根據權利要求1或8所述的零件表面熔覆層工藝方法，其特征在于，在步驟A前還包括E、零件表面除油通過堿性水溶液清洗或火焰烘烤的方法去除零件表面的油漬與污物；所述采用堿性水溶液去除零件表面的油漬與污物的方法可用堿性水溶液對零件進行沖洗或浸泡，具體工藝參數(shù)為堿溶液配方重量百分比氫氧化鈉 8‰～15‰、碳酸鈉 5‰～10‰、磷酸三鈉 5‰～10‰、十二烷基磺酸鈉 0.2‰～1‰、余量為水；溶液溫度50℃～60℃；浸泡時間10分鐘～30分鐘；或者，所述采用火焰烘烤的方法可采用還原性氧－乙炔火焰烘烤，烘烤至零件表面油漬分解；具體工藝參數(shù)可為火焰溫度6000℃～12000℃；工件表面溫度小于500℃。
全文摘要
本發(fā)明所述的一種零件表面熔覆層工藝方法，將自熔性合金粉末用粘接劑浸透后噴涂于零件的表面，能使自熔性合金粉末均勻地涂覆在金屬機械零件表面，利用水槽清洗回收自熔性合金粉末，浪費小，利用率高。同時在噴涂前采用了除油、噴砂或預機加工處理，在熔覆后又采用了精加工工藝，使熔覆涂層加工后的零件表面質量均勻穩(wěn)定，能夠很好地滿足使用性能要求。
文檔編號B05C11/02GK1891860SQ20051009859
公開日2007年1月10日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權日2005年9月6日
發(fā)明者張增志, 宋為 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)