一种双级表面复合强化方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于表面工程技术领域，涉及一种表面强化方法，特别是涉及一种双级表面复合强化方法。
【背景技术】
[0002]表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质。采用激光熔覆的方法对模具进行修复与表面强化。但是，激光熔覆方法存在效率低、强度低、熔覆层易开裂和成本极高等问题。
[0003]目前，模具修复与表面强化的方法通常还有:(1)电镀:具有工艺成熟、成本较低等优点，但是不足之处是镀层较薄，与模具的结合力差，外形损坏较大的部位难于修复以及对环境有污染。(2)堆焊:常用的堆焊方法有钎焊、电弧焊、气体保护焊、等离子弧焊等，堆焊时，热量输入大，导致模具热影响区大且易变形。(3)热喷涂:工艺简单，但涂层易产生气孔，以及存在涂层与模具之间结合强度低等缺点。(4)激光熔覆:激光熔覆方法存在效率低、强度低、熔覆层易开裂和成本极高等问题。
[0004]因此，寻求新的表面强化方法，对机械零件进行表面强化，进而提高其使用寿命是科技工作者与工程师中致力追求的目标。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术中的不足，提供了一种双级表面复合强化方法，将感应熔涂技术和滚压硬化技术结合在一起，在感应熔涂制备强化层的基础上，通过滚压硬化处理，既使涂层与基体之间形成强冶金结合，有效地避免了涂层剥落，又显著提高了机械零件表面的硬度、耐磨性等力学性能，使用寿命得到极大地提升，显著降低了机械零件使用和运行成本，达到机构零件之表面强化之目的。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种双级表面复合强化方法，包括以下步骤:
1)工装保护:对非涂覆部位进行工装保护，使非涂覆部位避免喷砂破坏；
2)喷砂粗糙洁净化处理:对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求;喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为14?30目；
3)预沉积涂层:选取所用喷涂粉末，采用热喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层;预热感应熔涂:对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂，实现涂层与零件基体的冶金结合，以及，使涂层致密，并达到规定的涂层硬度。
[0007]4)滚压硬化处理:采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，使涂层硬度和致密性得到进一步提升。
[0008]进一步，所选用的喷涂粉末，既可以是镍基合金粉末、铁基合金粉末、铜基合金粉末和钴基合金粉末中的一种，也可以是上述的两种以上粉末。
[0009]进一步，喷涂层的结构既可以是单一合金结构，也可以是梯度结构，又可以是以上两种粉末组成的复合结构。
[0010]进一步，感应熔涂工艺分为三个步骤:
a)对已形成涂层的模具表面进行预热，预热温度范围:200?600°C;
b)对涂层进行重熔处理，对于镍基合金粉末，涂层重熔温度:900-1100°C;对于铁基、钴基粉末，涂层重熔温度:1050-1200°C ；
c)保温冷却至400°C后，自然冷却至室温。
[0011 ]进一步，用于预热和感应重熔的设备为感应加热设备，其工作频率:5?30KHZ，根据模具的形状、大小，其设备功率为:40?500KVA。
[0012]进一步，滚压工艺分为两个步骤:
a)或在感应熔涂后工件表面温度降至300?500°C时，或采用感应加热，将工件预热至300?500。。。
[0013]b)对涂层进行滚压处理，加滚压力5000?200000N之间，滚压后的涂层硬度比感应熔涂层的硬度高HRC5?15。
[0014]本发明的有益效果:将预热感应熔涂工艺与滚压硬化工艺相统一，实现了机构零件表面双级强化处理，使得涂层的硬度、耐磨性等力学性能得到两级提升，机械零件基体与涂层之间实现了冶金结合，界面结合力达300?450Ma，有效地防止了涂层剥落，显著地提升了其的使用寿命，因而具有良好的经济效益、节能效果。采用本发明，既可以用于机械零件的新品强化，也可用于机械零件的旧品再制造。
【具体实施方式】
[0015]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
[0016]实施例1:基于镍基合金涂层的双级表面复合强化处理其具体工艺步骤:
1)对非涂覆部位进行工装保护，使非涂覆部位避免喷砂破坏。
[0017]2)对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求;喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为14?16目。
[0018]3)选取所用的镍基自熔性合金粉末，采用普通火焰喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层。镍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.%，Fe: < 5wt.%，余量:Ni。沉积的涂层厚度:0.8mm。
[0019]4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率:8KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至200°C ；感应熔涂工作频率:10KHZ，熔涂温度:1020°C，熔涂功率:110KVA，预热感应熔涂后的涂层硬度:HRC44?49。
[0020]5)采用滚压工艺，对涂层进行滚压硬化处理，加滚压力:100000N，滚压硬化后的涂层硬度为:HRC57?60。
[0021 ]实施例2:基于铁基合金涂层的双级表面复合强化处理其具体工艺步骤:
1)对非涂覆部位进行工装保护，使非涂覆部位避免喷砂破坏。
[0022]2)对零件待强化表面进行喷砂洁净粗糙化处理，使待涂覆部位表面除油除锈，并粗糙化，达到sa3.2的要求;喷砂处理中，所用砂为棕刚玉或金刚砂，其颗粒粒度为14?16目。
[0023]3)选取所用的铁基自熔性合金粉末，采用亚音速火焰喷涂工艺，对待涂覆部位制备涂层。镍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。沉积的涂层厚度:1.0mm。
[0024]4)对已形成涂层的部位进行预热感应熔涂。感应预热工作频率:12KHZ，采用循环预热方式，将涂层表面预热至350°C