专利名称：在曲轴轴面热喷涂钼涂层的方法
技术领域：
本发明涉及一种在曲轴轴面热喷涂钥涂层的方法，特别是涉及在液压马达曲轴轴面热喷涂钥涂层方法。
背景技术：
钥(Mo)是一种金属活性不高的难熔金属，具有较高的熔点和沸点，对酸、碱和熔融金属有很好的抗蚀能力，具有较好的导热和导电性能。钥还是一种良好的减磨材料，能够有效的降低摩擦系数，在难以采用液体润滑的情况下，采用热喷涂钥涂层能够起到减小摩擦、延长寿命的作用。现在市场使用的如液压马达之类的曲轴轴面基本上是不处理或者是只进行简单的电镀处理，耐磨性能差，耐腐蚀性能差，不利于曲轴的长时间正常稳定工作。电镀处理过 的曲轴，寿命虽然比不处理的曲轴稍长，但涂层结合性能差，极易在重载下剥落，从而造成更大的磨损损失。喷涂钥(Mo)涂层后，由于Mo涂层具有减小摩擦系数、提高表面硬度、储油的作用，曲轴使用时间预计是未喷涂涂层的三倍以上。曲轴表面热喷涂Mo涂层，其难点在于合理使用喷涂工艺，因此热喷涂工艺对涂层性能具有重要影响。Mo涂层制备过程中，过程氧化对涂层性能影响很大，喷涂粒子在喷涂过程中，粒子在焰流中的氧化行为称为过程氧化。喷涂过程中的参数，如电流、氢气、氧气、送粉量、喷涂距离等，都会直接对过程氧化产生影响。过程氧化是以增加涂层中的氧化物含量的方式，来影响涂层性能的。氧化物含量越高，说明过程氧化越充分，涂层硬度越高，耐磨性能就越好。喷涂工艺参数要相互匹配，才能得到理想的喷涂效果。喷涂参数不匹配，则过程氧化不充分，Mo涂层硬度较低，孔隙率较低，必然造成Mo涂层性能的下降。在Mo涂层喷涂过程中，需要调整工艺参数来提高或降低过程氧化程度，从而获得所需的涂层性能。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题的存在，提供一种可有效解决在曲轴轴面上热喷涂耐腐蚀、耐磨的钥涂层的方法，使得曲轴能够提高使用寿命，降低综合使用成本。本发明的技术方案是这样实现的
在曲轴轴面热喷涂钥涂层的方法，首先对曲轴喷涂位置进行清洗和保护，进而进行表面喷砂处理。然后按照曲轴的规格，进行安装和配重，保证曲轴能够平稳的转动。由于喷涂钥(Mo)涂层过程中，会发生放热作用，因此设计和安装合理的冷却系统，确保工件基体温度不超过200°C，否则基体极易发生变形或时效作用。检查并调整工艺参数对液压曲轴轴面进行热喷涂，确保工艺参数间相互匹配，保证涂层孔隙率和过程氧化程度，保证涂层的均匀性。最后，对曲轴轴面热喷涂附带的样品进行检测。其具体实现包括以下几个步骤1、用铁皮或者高温胶带对工件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对工件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗工件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；2、对需要喷涂的工件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为
O.2-0. 4MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；
3、把工件吊装在卧式转台上夹紧，用配重块把曲轴配重，以便于轻松而平稳地转动工件，工件转速为线速度400-600mm/s ；
4、选择和设置热喷涂的工艺参数，其中，采用等离子喷涂时的工艺参数为喷涂枪使用拉瓦尔枪嘴，喷涂距离100-150mm，工作电流550_660Α，Ar气速度40-50升/min，氢气速度6-12升/min，送粉量:40± 10g/min，冷却气压力:0. 2-0. 6MPa，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/S ;采用火焰喷涂时的工艺参数为氧气速度0. 6_lm3/h，乙炔速度:0. 4-lm3/h，压缩空气浓度4- 10Kg/cm3，冷却气压力0. 2-0. 6MPa，喷涂距离90-1 IOmm,喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/s ；
5、在对工件喷涂前，先对工件用等离子喷枪进行预热，利用等离子弧的热量对需要喷涂的曲轴面进行加热，测得轴面温度为50°C以上时开始送粉进行热喷涂；
6、由于喷涂钥涂层具有放热作用，在热喷涂过程中不间断地监测曲轴表面温度，如果曲轴表面温度超过150°C，则停枪并对曲轴面进行冷却，当曲轴表面温度降低到60-100°C区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的钥涂层厚度为O. 2_左右时停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂。本发明由于采用了严格控制热喷涂工艺参数，进而控制过程氧化程度的方法，使喷涂所得钥(Mo)涂层具有较好的组织结构和性能。通过控制喷涂过程中的工艺参数，能够合理的控制喷涂过程中的过程氧化，使Mo涂层中的氧化物控制在13%-19%范围内，Mo涂层硬度在Ηνα3500以上，Mo涂层的孔隙率达到7%-10%。80Ν浸油条件下的Mo涂层常温摩擦磨损系数小于O. 2。如果氧化物含量小于13%，则涂层中的Μο02强化相也就相对减少，涂层硬度必然小于Ηνα3500，则涂层的使用寿命必然大大减小，起不到提高曲轴寿命的作用。如果孔隙率太低，则起不到储油功能，Mo涂层的减磨、耐磨效用将大大降低，同样也发挥不了太大作用。而且采用上述热喷涂方法完成的Mo涂层组织均匀、无夹杂、未溶颗粒、裂纹等缺陷，喷涂的Mo涂层抗拉强度高于30Mpa，且喷涂过程中，Mo粉末的利用率高达80%以上，实现了高效利用。下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明所述的热喷涂装置结构组成示意图。
具体实施例方式图1是本发明所述的热喷涂装置结构组成示意图，其中I为卧式转台、2为工件、31为等离子喷枪、32为等离子焰流、41为冷却气气管、42为冷却气流。本发明所述的在曲轴轴面热喷涂钥(Mo)涂层的方法，首先对曲轴喷涂位置进行清洗和保护，进而进行表面喷砂处理。然后按照曲轴的规格，在图1所示的热喷涂装置上进行安装和配重，保证曲轴能够平稳的转动。由于喷涂Mo涂层过程中，会发生放热作用，因此设计和安装合理的冷却系统，确保工件基体温度不超过200°C，否则基体极易发生变形或时效作用。检查并调整工艺参数对液压曲轴轴面进行热喷涂，确保工艺参数间相互匹配，保证涂层孔隙率和过程氧化程度，保证涂层的均匀性。最后，对曲轴轴面热喷涂附带的样品进行检测。其具体实现包括以下几个步骤1、用铁皮或者高温胶带对工件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对工件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗工件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力；
2、对需要喷涂的工件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为
O.2-0. 4MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光；
3、把工件吊装在卧式转台上夹紧，用配重块把曲轴配重，以便于轻松而平稳地转动工件，工件转速为线速度400-600mm/s ；
4、选择和设置热喷涂的工艺参数，其中，当本发明采用等离子喷涂时的工艺参数为喷涂枪使用拉瓦尔枪嘴，喷涂距离100-150mm，工作电流550_660Α，Ar气速度40-50升/min,氢气速度6-12升/min，送粉量40± 10g/min，冷却气压力0. 2-0. 6MPa，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/s。此时选择和设置上述等离子喷涂的工艺参数的理由 如下
喷涂距离影响钥(Mo)涂层的氧化性能，在熔融Mo涂层接触曲轴表面前，合适的喷涂距离能够保证Mo粒子有足够的时间能够进行过程氧化，从而提高涂层中氧化物含量。同时，喷涂距离与电压电流相配合非常紧密，成为成功喷涂Mo涂层中关键参数。如果喷涂距离太小，则工件局部温度上升过高，涂层应力增大，工件发生热变形。喷涂距离过大，熔融粒子的速度和温度下降，喷涂效率降低。选用100-150mm的喷涂距离，Mo粒子具有较高的速度和温度，同时，工件不会因为离得太近，从而产生温升过快，造成热变形失效。使用拉瓦尔枪嘴，能够提高过程氧化的能力，有利于涂层中氧化物含量的提高，同时有利于涂层孔隙率的形成。由于拉瓦尔枪嘴呈现开放式，等离子弧从枪嘴出来时，呈现发散状态，在这种情况下，Mo粒子的飞行速度只有50-100m/s，较慢的速度能够形成更明显的层状组织，形成较高的孔隙率，在工件工作中，能够起到储油减磨的作用。如果适用常规直枪嘴，则涂层孔隙率较低，只有3%左右，无法达到储油的作用。足够高的电流能够确保Mo粒子能够在等离子喷过过程中充分熔化，从而保证喷涂层的组织和性能。如果电流过大，容易造成功率过高，从而使得Mo颗粒升华加剧，喷涂效率降低。如果电流过小，则不能完全融化Mo粒子，在涂层中存在未溶颗粒，影响涂层性能。只有在550-660A的电流作用下，才能既保证Mo粒子完全融化，又不会使得Mo粒子在飞行过程中，升华趋势加大，从而造成浪费。氩气是确保等离子喷枪正常起弧的保证，氩气过低，则电压较低，功率降低，Mo粒子无法完全融化。IS气过高，电弧不稳定。氣气能够提闻嗔涂电压，从而保证等尚子嗔枪有足够闻的功率使Mo粒子在瞬间融化，从而形成理想的喷涂涂层。如果氢气过低，喷涂过程中功率较低，Mo粒子无法完全融化，涂层中可能有未溶颗粒，影响涂层性能。如果氢气太高，电压太高，功率也太高，对设备有损害，严重时可能造成烧损枪嘴等事故。送粉量太高，会降低沉积率，在涂层中会出现较多的未熔颗粒，这对涂层性能具有负面影响。送粉量太低，则浪费喷枪能量。由于在喷涂过程中，Mo涂层会产生放热效应，如果不加外接冷却气体，曲轴轴面温度能够达到400°C以上。只有对曲轴进行有效的冷却，才能保证涂层性能不发生变化。冷却气体压力小于O. 2MPa，则不能起到冷却效果，涂层温度会在短时间内超过200°C以上。冷却气体过大，则会影响焰流中的熔融粒子，使得其中一部分熔融粒子在冷却气流作用下吹离基体表面，从而影响粒子的沉积效率。冷却气体先于等离子枪点燃开启，并伴随喷涂整个过程，等该工件喷涂完毕之后，再关闭冷却气体。喷涂枪体移动速度太快，则每遍喷涂的涂层厚度较薄，粉末利用率较低。枪体移动太慢，则曲轴表面温度较高，对曲轴产生影响。当本发明采用火焰喷涂时的工艺参数为氧气速度0.6-lm3/h，乙炔速度
O.4-lm3/h，压缩空气浓度4-10Kg/cm3，冷却气压力0. 2-0. 6MPa，喷涂距离90_110_，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/s ;此时选择和设置上述火焰喷涂的工艺参数的理由如下
氧气过低，火焰燃烧不充分，Mo丝或者Mo粉末不能充分熔化，在涂层内部有未溶颗粒，影响涂层性能。在该区间内，氧气能够还好的和乙炔气体配比，达到较好的燃烧效率。乙炔为喷涂的燃料气体，乙炔必须和氧气合理配比，才能达到较好的燃烧效果。在该区间内，乙炔能够与氧气充分燃烧，从而使得Mo涂层充分熔化，形成性能良好的喷涂Mo涂层。喷涂距离为保证涂层过程中粒子的温度和速度在合适范围之内。喷距过大，熔融Mo粒子温度和速度下降严重，喷涂效率降低。喷距过小，则工件温升过快过高，对基体产生热应力，造成工件失效。由于在喷涂过程中，Mo涂层会产生放热效应，如果不加外接冷却气体，曲轴轴面温度能够达到400°C以上。只有对曲轴进行有效的冷却，才能保证涂层性能不发生变化。冷却气体压力小于O. 2MPa，则不能起到冷却效果，涂层温度会在短时间内超过200°C以上。冷却气体过大，则会影响焰流中的熔融粒子，使得其中一部分熔融粒子在冷却气流作用下吹离基体表面，从而影响粒子的沉积效率。冷却气体先于等离子枪点燃开启，并伴随喷涂整个过程，等该工件喷涂完毕之后，再关闭冷却气体。 喷涂枪体移动速度太快，则每遍喷涂的涂层厚度较薄，粉末利用率较低。枪体移动太慢，则曲轴表面温度过高，对曲轴产生影响。5、在对工件喷涂前，先对工件用等离子喷枪进行预热，利用等离子弧的热量对需要喷涂的曲轴面进行加热，测得轴面温度为50°C以上时开始送粉进行热喷涂；对工件用等离子喷枪进行预热，一方面能够除去曲轴表面的杂质与覆盖物，另一方面，有利于提升涂层的结合力。6、由于喷涂钥涂层具有放热作用，在热喷涂过程中不间断地监测曲轴表面温度，如果曲轴表面温度超过150°C，则停枪并对曲轴面进行冷却，当曲轴表面温度降低到60-100°C区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的钥涂层厚度为O. 2mm左右时停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂。实施例1 :
采用GTV MF-P-1500型高能等离子喷涂设备，在直径为Φ 500mm的曲轴上喷涂Mo涂层。喷涂参数为
喷涂距离130 (mm)。
喷枪枪嘴拉瓦尔枪嘴 电流:650 (A)
Ar 气47(1/min)
氢气10 (1/min)
送粉量40±3(g/min)
冷却气压力3MPa
喷涂后，涂层孔隙率达到8. 3%。拉力达到41MPa。氧化物含量为13. 8%，且为Mo02。在压力为80N且浸油条件下的Mo涂层常温摩擦磨损试验中，摩擦系数为O. 164。显微硬度为Hv0.3561o带涂层的工件使用性能良好，其寿命为没有经过喷涂Mo涂层的3倍以上。实施例2
采用火焰喷涂设备，以Mo线材喷枪喷涂Mo涂层，曲轴直径为Φ 500mm。喷涂参数为
喷枪气体线材喷枪
氧气0. 8m3/h乙块0. 5m3/h压缩空气5Kg/cm3喷涂距离90-110_
喷涂后涂层孔隙率10%，涂层拉应力为34MPa，涂层显微硬度为Ηνα3581.涂层使用性能良好，较处理前工件寿命提高3倍。实施例3
采用GTV MF-P-1500型高能等离子喷涂设备，在直径Φ 360mm的曲轴上喷涂Mo涂层，。喷涂参数为
喷涂距离130 (mm)。喷枪枪嘴拉瓦尔枪嘴 电流600 (A)
Ar 气45(1/min)
氢气8 (1/min)
送粉量40±3(g/min)
冷却气压力4MPa
喷涂后涂层，孔隙率达到9%。拉力达到43MPa。氧化物含量为15. 2%，且为Mo02。在压力为80N且浸油条件下的Mo涂层常温摩擦磨损试验中，摩擦系数为O. 168。显微硬度为Hv0.3544o带涂层的工件使用性能良好，其寿命为没有经过喷涂Mo涂层的3倍以上。
权利要求
1. 一种在曲轴轴面热喷涂钥涂层的方法，其特征在于包括如下步骤 1、用铁皮或者高温胶带对工件的非喷涂面进行保护，确保喷涂过程中非喷涂面上不喷上涂层，对工件需要喷涂的表面进行检验，并用丙酮清洗工件的喷涂面，确保不会有油脂在喷涂表面，以防喷涂时影响涂层结合力； · 2、对需要喷涂的工件表面进行喷砂处理，喷砂选用24#棕刚玉，喷砂压力为O.2-0. 4MPa，喷砂时必须使喷涂部位全部均匀无反光； · 3、把工件吊装在卧式转台上夹紧，用配重块把曲轴配重，以便于轻松而平稳地转动工件，工件转速为线速度400-600mm/s ； · 4、选择和设置热喷涂的工艺参数，其中，采用等离子喷涂时的工艺参数为喷涂枪使用拉瓦尔枪嘴，喷涂距离100-150mm，工作电流550_660Α，Ar气速度40-50升/min，氢气速度6-12升/min，送粉量:40± 10g/min，冷却气压力:0. 2-0. 6MPa，喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/S ;采用火焰喷涂时的工艺参数为氧气速度0. 6_lm3/h，乙炔速度:0. 4-lm3/h，压缩空气浓度4-10Kg/cm3，冷却气压力0. 2-0. 6MPa，喷涂距离90-1 IOmm,喷涂枪体相对曲轴喷涂面移动速度10-100mm/s ； · 5、在对工件喷涂前，先对工件用等离子喷枪进行预热，利用等离子弧的热量对需要喷涂的曲轴面进行加热，测得轴面温度为50°C以上时开始送粉进行热喷涂； ·6、由于喷涂钥涂层具有放热作用，在热喷涂过程中不间断地监测曲轴表面温度，如果曲轴表面温度超过150°C，则停枪并对曲轴面进行冷却，当曲轴表面温度降低到60-100°C区间时，再继续进行热喷涂，直至热喷涂的钥涂层厚度为O. 2_左右时停止热喷涂，完成该工件的本次热喷涂。
全文摘要
在曲轴轴面热喷涂钼涂层的方法，首先对曲轴喷涂位置进行清洗和保护，进而进行表面喷砂处理。然后按照曲轴的规格进行安装和配重，检查并调整工艺参数对液压曲轴轴面进行热喷涂。本发明由于采用了严格控制热喷涂工艺参数，进而控制过程氧化程度的方法，使喷涂所得钼(Mo)涂层具有较好的组织结构和性能。通过控制喷涂过程中的工艺参数，能够合理的控制喷涂过程中的过程氧化，使Mo涂层中的氧化物控制在13%-19%范围内，Mo涂层硬度在Hv0.3500以上，Mo涂层的孔隙率达到7%-10%。80N浸油条件下的Mo涂层常温摩擦磨损系数小于0.2。且喷涂过程中，Mo粉末的利用率高达80%以上，实现了高效利用。
文档编号C23C4/08GK103014587SQ20131001053
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者刘自敬, 朱晖朝, 陈志坤, 谢少阳, 叶春浓, 黄芳珍, 张忠诚, 黄建, 王枫, 朱霞高, 倪伟邦, 雷运生 申请人:广州有色金属研究院, 佛山市顺德区中意液压有限公司