专利名称：空心电极氮离子熔覆方法
技术领域：
本发明涉及机械加工，特别是一种大型机械设备现场修复与表面耐磨耐蚀 抗冲击厚涂层强化的空心电极氮离子熔覆方法。
二背景技术：
目前工业上应用的大型机械设备修复与表面耐磨耐蚀抗冲击厚涂层强化方 法有耐磨焊条堆焊、激光熔覆、热喷涂、药芯焊丝硬面堆焊、等离子束表面冶 金等，其中耐磨焊条堆焊由于合金元素浪费大、焊接烟雾有害、效率低、堆焊
层质量差等弊病仅适用于技术要求较低的机械零部件的局部修复与强化；激光 熔覆可获得高质量的耐磨耐蚀抗冲击厚涂层，但不适用于大型机械的现场修复 与强化；热喷涂技术广泛应用于喷涂锌铝合金长效防腐涂层和小型精密零部件 的局部修复与耐磨强化，用于大型机械修复和厚涂层耐磨强化时，由于喷涂层 与基体材料的结合力差，不能承受冲击载荷，现场喷砂前期处理难度大，合金 粉末散失率高，在该领域几乎未被采用；药芯焊丝表面堆焊已被大量用于生产 耐磨复合板，生产过程稳定连续，质量可控性好，堆焊层与钢板冶金结合，能 承受冲击载荷，但是需要预先制备药芯焊丝，成本高，成分调整困难，焊管稀 释率大，堆悍操作的要求也较高；等离子束表面冶金是在专用设备上按照程序 轨迹运行工作的，能够形成与基材冶金结合的优质厚合金层，但只能用于形状 简单的平面或圆柱面零件，体积和重量大，操作灵活性差，对大型机械的现场 修复强化实施难度大，而且等离子炬工作气体只能使用价格较高的氩气，若用 廉价的氮气代用，将造成频繁起弧的可靠性变差，程控工作时的连续性不能保 证，钨阴极和铜喷嘴烧蚀严重。若加大起弧电压又会增大操作者的危险性和电 气器件击穿的故障率。
综上所述，目前还没有一种集操作安全方便灵活、可获得与基体呈冶金结 合的耐磨耐蚀抗冲击厚涂层、综合生产成本低、实施过程无有害烟雾排放的大 型机械现场修复与表面强化的方法。因此，技术上的创新势在必行。
三
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术缺陷，本发明之目的就是提供一种空心电极氮离子熔覆方法，可有效解决方便灵活、质量好、成本低、无污染的大型机械现场修复与表面耐磨耐蚀抗冲击厚涂层强化的问题，其解决的技术方案是，对金属零件被处理表面清污处理，空心电极的上端装有风冷导电送粉电极座，将风冷导电送粉电极座和被熔覆的金属零件接直流电焊机的两极，正极负极可以换接；接通送粉器，使合金粉末及氮气通过风冷送粉电极座进入空心电极的中心孔，并从下端喷出，将空心电极下端与被熔覆强化的金属零件表面接触引弧，电弧的高温迅速熔化被处理金属零件表层金属，与合金粉末形成合金熔体，随着空心电极的向前移动，合金熔体依次凝固，形成与金属基体呈冶金结合的高硬度抗冲击厚涂层，本发明方法独特，易操作，成本低，安全，产品质量好，生产效率高，无污染，经济和社会效益巨大。
四
附图本发明的工艺设备图。
五具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明。
由附图所示，本发明在具体实施时，首先将金属零件1的被处理表面粘附的污物清除，把风冷导电送粉电极座4分别接好送粉器7、空气压縮机5，送粉器7与氮气瓶6相连通，把空心电极3装入风冷导电送粉电极座4的孔中并压紧，将风冷导电送粉电极座4与金属零件1分别接上直流电弧焊机8，开启送粉器7、空气压縮机5和直流电弧焊机8，手持或用机械手夹持风冷导电送粉电极座4，使空心电极3的下端与所需修复或强化的金属零件1的表面短路引弧，电弧的高温迅速熔化零件表层金属与合金粉末形成合金熔体，随着空心电极3的向前移动，合金熔体依次凝固，形成与金属零件1呈冶金结合的高硬度抗冲击熔覆合金层2。
所说的空心电极和风冷导电送粉电极座采用碳棒或石墨材料制成；所说的电弧焊机8是采用通用的直流电弧焊机作电源；所说的氮气瓶6内装有氮气作为送粉器7的送粉气和熔覆工作时的离子气；所说的空气压縮机5压縮的压縮空气作为风冷导电送粉电极座4的冷却介质。
本发明的积极效果是，1、电源采用通用的直流电弧焊机，无须专门的复杂设备，投资小，无高频高压，手持操作安全灵活，适用于大型机械现场修复与强化处理。
2、 空心电极采用了价格低廉的石墨棒或碳棒制作，耐高温且更换方便，高温条件也下不与氮气发生反应，使用价格低廉的氮气作为离子气和送粉气，进一步降低了熔覆成本。石墨或碳棒制成的空心电极，在氮离子弧中与工件表面的金属氧化物起还原反应而有自动除锈的功能，减少了熔覆层中的氧化夹渣和气孔。合金粉末从空心电极中心通过，不存在粉末反弹飞散和加热不足，粉末利用率和加热效率高，而且可保护熔覆层不被氧化，对熔覆层还有增碳作用，进一步提高了熔覆层的硬度和耐磨性。空心电极的重量很轻，手持枪体也很轻巧。
3、 可对金属构件的各种部位进行熔覆强化，不受空间和场地限制。
4、 用压縮空气代替冷却水冷却导电送粉电极座，避免了现场操作时粉尘对
冷却用水的污染和冷却循环水处理的问题，也避免了冬季户外操作设备冻裂现象。
5、 可根据使用要求随时调整合金粉末成分，即方便也无额外损耗。
6、 空心电极氮离子弧加热均匀，对提高熔覆层结合力和致密性有利，还可减少残余应力和裂纹。
权利要求
1、一种空心电极氮离子熔覆方法，其特征在于，对金属零件被处理表面清污处理，空心电极的上端装有风冷导电送粉电极座，将风冷导电送粉电极座和被熔覆的金属零件接直流电焊机的两极，正极负接极可以换接；接通送粉器，使合金粉末及氮气通过风冷送粉电极座进入空心电极的中心孔，并从下端喷出，将空心电极下端与被熔覆强化的金属零件表面接触引弧，电弧的高温迅速熔化被处理金属零件表层金属，与合金粉末形成合金熔体，随着空心电极的向前移动，合金熔体依次凝固，形成与金属基体呈冶金结合的高硬度抗冲击厚涂层。
2、 根据权利要求l所述的空心电极氮离子熔覆方法，其特征在于，首先将 金属零件(1)的被处理表面粘附的污物清除，把风冷导电送粉电极座(4)分 别接好送粉器(7)、空气压縮机(5)，送粉器(7)与氮气瓶(6)相连通，把 空心电极(3)装入风冷导电送粉电极座(4)的孔中并压紧，将风冷导电送粉 电极座(4)与金属零件(1)分别接上直流电弧悍机(8)，开启送粉器(7)、 空气压縮机(5)和直流电弧焊机(8)，手持或用机械手夹持风冷导电送粉电极 座(4)，使空心电极(3)的下端与所需修复或强化的金属零件(1)的表面短 路引弧，电弧的高温迅速熔化零件表层金属与合金粉末形成合金熔体，随着空 心电极(3)的向前移动，合金熔体依次凝固，形成与金属零件(1)呈冶金结 合的高硬度抗冲击熔覆合金层(2)。
3、 根据权利要求l所述的空心电极氮离子熔覆方法，其特征在于，所说的 空心电极和风冷导电送粉电极座采用碳棒或石墨材料制成。
4、 根据权利要求2所述的空心电极氮离子熔覆方法，其特征在于，所说的 氮气瓶(6)内装有氮气作为送粉器(7)的送粉气和熔覆工作时的离子气。
5、 根据权利要求2所述的空心电极氮离子熔覆方法，其特征在于，所说的 空气压縮机(5)压縮的压縮空气作为风冷导电送粉电极座(4)的冷却介质。
全文摘要
本发明涉及空心电极氮离子熔覆方法，有效解决方便灵活、质量好、成本低、无污染的大型机械现场修复与表面耐磨耐蚀抗冲击厚涂层强化的问题，其解决的技术方案是，对金属零件被处理表面清污处理，空心电极的上端装有风冷导电送粉电极座，将风冷导电送粉电极座和被熔覆的金属零件接直流电焊机的两极，正极负极可以换接；接通送粉器，使合金粉末及氮气进入空心电极的中心孔，并从下端喷出，将空心电极下端与被熔覆强化的金属零件表面接触引弧，电弧的高温迅速熔化被处理金属零件表层金属，与合金粉末形成合金熔体，随着空心电极的向前移动，合金熔体依次凝固，形成与金属基体呈冶金结合的厚涂层，本发明方法易操作，成本低，无污染，经济和社会效益巨大。
文档编号C23C24/10GK101514453SQ200910064539
公开日2009年8月26日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者刘鸣放, 炳 杨, 王春林 申请人:河南省煤科院耐磨技术有限公司;河南省煤炭科学研究院有限公司