一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法与流程

本发明属于轴瓦制备技术领域，具体涉及一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法。

背景技术：

轴瓦是滑动轴承和轴颈接触的部分，形状为瓦状的半圆柱面，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成。锡基巴氏合金因其良好减磨效果，可作为轴瓦的耐磨层，因而广泛应用于轴瓦。传统的巴氏合金轴瓦耐磨层的制备通常采用浇注方法，该方法存在化合物粗大、偏析和孔洞等缺陷，且巴氏合金层与基体结合力差。

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层。专利cn107803501a公开了一种锡基巴氏合金构件的激光增材制造方法，该法在预热的基材上铺设一定厚度的锡基巴氏合金粉末层，再利用激光束选区加热合金粉末层，在基材表面形成冶金结合的激光熔覆层。

铁基合金具有较好的耐磨损、耐高温、抗氧化、抗热震冲击性能，较高的常温、高温硬度和高温强度，优良的耐氧化还原复合介质腐蚀、高温气体腐蚀、氯化物等苛刻介质腐蚀、强还原性介质腐蚀，因而被广泛用于制备轴瓦。但铁基合金轴瓦基体的熔点远高于巴氏合金的熔点，且巴氏合金易烧蚀和氧化，因而不适于采用激光熔覆，目前仍采用传统的浇注方法，并且，一般还需要对铁基合金轴瓦基体表面进行挂锡或镀锡处理，污染环境，效率低，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述现有铁基合金轴瓦采用传统浇注方法制备的巴氏合金耐磨层存在组织粗大、偏析、孔洞等问题，本发明提供一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法，包括以下步骤：

(1)对铁基合金轴瓦表面进行打磨，并清洗干净；

(2)对巴氏合金粉末进行干燥；

(3)采用低压冷喷涂工艺将巴氏合金粉末喷涂在铁基合金轴瓦表面，形成冷喷涂层；

(4)对冷喷涂层进行激光重熔；

(5)采用同轴载气送粉工艺，在重熔后的冷喷涂层上送入巴氏合金粉末进行激光熔覆，形成耐磨层；

(6)检验及机械加工。

本发明首先采用低压冷喷涂工艺，使巴氏合金粉末在较高的动能下撞击铁基合金轴瓦基体表面并产生变形，从而沉积于基体表面形成冷喷涂层，且得到的冷喷涂层气孔率低、氧化少、结晶均匀，但冷喷涂层与铁基合金轴瓦基体之间为机械结合，结合强度较低。然后通过激光重熔，一方面有利于消除冷喷涂层中的气孔，进一步降低气孔率，另一方面，重熔时，巴氏合金中的锡与铁反应生成fesn、fesn2或二者兼有，形成互相渗透的过渡区，促使冷喷涂层与铁基合金轴瓦基体结合，由机械结合转变为冶金结合，提高结合强度，最后再在冷喷涂层上进行激光熔覆，形成熔覆层，即耐磨层，所得到的耐磨层晶粒细小、组织致密，且无偏析和孔洞等缺陷。

若直接在铁基合金轴瓦基体上进行激光熔覆，因巴氏合金粉末和基体薄层均熔化才能形成冶金结合，而铁基合金轴瓦基体的熔点远高于巴氏合金的熔点，且巴氏合金易烧蚀和氧化，因此，仅在巴氏合金粉末熔化的情况下进行熔覆，巴氏合金粉末中的锡很难与铁反应，即使少量反应，也无法获得较好的结合界面，结合强度低。本发明首先形成冷喷涂层，使巴氏合金粉末与铁基合金轴瓦基体表面之间形成机械结合，巴氏合金粉末变为扁平状并与基体表面充分接触，这样激光重熔时，锡与铁更易反应，机械结合则易于转变为冶金结合。

进一步地，步骤(3)中，低压冷喷涂工艺采用氮气或压缩空气为气源，工艺参数为：气压0.5-1mpa、气体预热温度100-500℃、喷嘴到工件距离5-30mm、送粉量10-100g/min、扫描速度2-30mm/s。

进一步地，步骤(3)中，冷喷涂层的厚度为0.5-2mm。

进一步地，步骤(3)中，巴氏合金粉末的粒度为50-80μm。

进一步地，步骤(4)中，激光重熔以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率0.3-1.5kw、扫描速度3-30mm/s，保护气体流量10-30l/min。

进一步地，步骤(5)中，激光熔覆以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率0.3-2kw、送粉量5-50g/min、扫描速度3-25mm/s、保护气体流量5-30l/min、送粉气流3-10l/min。

进一步地，步骤(5)中，巴氏合金粉末的粒度为53-150μm。

进一步地，步骤(6)中，机械加工为车削或刮削。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明摒弃传统浇注方法，通过低压冷喷涂工艺使巴氏合金粉末形成与铁基轴瓦基体机械结合的冷喷涂层，再进行激光重熔，使机械结合转变为冶金结合，最后进行激光熔覆，形成晶粒细小、组织致密的熔覆层，且无偏析、孔洞、裂纹、脱落等缺陷，平整度良好，无凸起或凹坑，克服了铁基合金轴瓦不适于采用激光熔覆技术制备耐磨层的技术偏见；

2、本发明不需要对铁基合金轴瓦基体进行挂锡或镀锡处理，可避免镀锡导致的环境污染问题，且效率高，成本低；

3.本发明不需要进行预热处理，节能效果好。

附图说明

图1是本发明实施例1耐磨层与铁基合金轴瓦基体界面的金相显微组织。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用砂纸对铁基合金轴瓦表面进行打磨，去除表面杂质，并采用丙酮或酒精清洗干净；

(2)对巴氏合金粉末进行干燥，具体为：将低压冷喷涂用巴氏合金粉末和激光熔覆用巴氏合金粉末放在干燥箱里，70℃恒温烘干2小时后，分别倒入冷喷涂和激光熔覆送粉器内；

(3)采用低压冷喷涂工艺将粒度为50-80μm的巴氏合金粉末喷涂在铁基合金轴瓦表面，形成厚度为0.8mm的冷喷涂层；采用压缩空气为气源，工艺参数为：气压0.85mpa、气体预热温度300℃、喷嘴到工件距离10mm、送粉量40g/min、扫描速度20mm/s；

(4)对冷喷涂层进行激光重熔，以氩气为保护气体，使用圆形光斑，工艺参数为：激光功率0.5kw、扫描速度10mm/s，保护气体流量20l/min；

(5)采用同轴载气送粉工艺，在重熔后的冷喷涂层上送入粒度为53-150μm的巴氏合金粉末进行激光熔覆，形成耐磨层；激光熔覆以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率0.8kw、送粉量20g/min、扫描速度10mm/s、保护气体流量25l/min、送粉气流5l/min；

(6)检验及机械加工，通过车削或刮削的方式获得所需的铁基合金轴瓦。

实施例2

一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用砂纸对铁基合金轴瓦表面进行打磨，去除表面杂质，并采用丙酮或酒精清洗干净；

(2)对巴氏合金粉末进行干燥，具体为：将低压冷喷涂用巴氏合金粉末和激光熔覆用巴氏合金粉末放在干燥箱里，70℃恒温烘干2小时后，分别倒入冷喷涂和激光熔覆送粉器内；

(3)采用低压冷喷涂工艺将粒度为50-80μm的巴氏合金粉末喷涂在铁基合金轴瓦表面，形成厚度为1.2mm的冷喷涂层；采用氮气或压缩空气为气源，工艺参数为：气压0.5mpa、气体预热温度150℃、喷嘴到工件距离20mm、送粉量15g/min、扫描速度10mm/s；

(4)对冷喷涂层进行激光重熔，以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率1.0kw、扫描速度20mm/s，保护气体流量10l/min；

(5)采用同轴载气送粉工艺，在重熔后的冷喷涂层上送入粒度为53-150μm的巴氏合金粉末进行激光熔覆，形成耐磨层；激光熔覆以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率0.4kw、送粉量10g/min、扫描速度5mm/s、保护气体流量10l/min、送粉气流8l/min；

(6)检验及机械加工，通过车削或刮削的方式获得所需的铁基合金轴瓦。

实施例3

一种铁基合金轴瓦耐磨层的制备方法，包括以下步骤：

(1)使用砂纸对铁基合金轴瓦表面进行打磨，去除表面杂质，并采用丙酮或酒精清洗干净；

(2)对巴氏合金粉末进行干燥，具体为：将低压冷喷涂用巴氏合金粉末和激光熔覆用巴氏合金粉末放在干燥箱里，70℃恒温烘干2小时后，分别倒入冷喷涂和激光熔覆送粉器内；

(3)采用低压冷喷涂工艺将粒度为50-80μm的巴氏合金粉末喷涂在铁基合金轴瓦表面，形成厚度为1.8mm的冷喷涂层；采用氮气或压缩空气为气源，工艺参数为：气压1mpa、气体预热温度480℃、喷嘴到工件距离28mm、送粉量80g/min、扫描速度30mm/s；

(4)对冷喷涂层进行激光重熔，以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率1.5kw、扫描速度30mm/s，保护气体流量28l/min；

(5)采用同轴载气送粉工艺，在重熔后的冷喷涂层上送入粒度为53-150μm的巴氏合金粉末进行激光熔覆，形成耐磨层；激光熔覆以氩气为保护气体，工艺参数为：激光功率1.9kw、送粉量45g/min、扫描速度20mm/s、保护气体流量6l/min、送粉气流10l/min；

(6)检验及机械加工，通过车削或刮削的方式获得所需的铁基合金轴瓦。

实施例4

对实施例1制备的铁基合金轴瓦取样，并进行金相组织观察，如图1所示，可以看出，铁基合金轴瓦基体与耐磨层之间结合良好，且耐磨层晶粒细小、组织致密、无偏析，结合界面以及耐磨层均无裂纹、孔洞、凸起、凹坑等缺陷。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。