一种钢工件耐磨隔热复合涂层的制备方法与流程

本发明属于表面技术领域，具体涉及一种钢工件表面耐磨隔热复合涂层的制备方法。

背景技术：

mo熔点高且韧性好，在钢类零件表面制备mo涂层，可以使钢类零件具有优异的隔热和抗高温烧蚀性能。等离子喷涂mo涂层现在应用仍有局限性，在喷涂过程中容易出现裂纹或空隙，涂层性能受喷涂参数影响明显。

电火花沉积技术是将电极材料转移至工件表面，形成一层优质功能性防护涂层的强化方法，电极材料与工件基体材料为冶金结合，可以达到原子级的相互扩散。在钢工件表面电火花沉积wc涂层具有热影响区小，工件不变形，wc涂层与基体冶金结合强度高，工件温升低不影响基材力学性能等特点。但是，单一电火花沉积wc涂层技术得到的涂层厚度小、涂层功能单一。

将等离子喷涂和电火花沉积技术结合，制备耐磨隔热复合涂层，实现两种工艺优势互补，既可以满足钢工件高温隔热使用需求，又能降低wc脆性，提高钢类零件的耐磨性。

技术实现要素：

本发明主要目的在于解决钢工件耐磨损及高温工况下的隔热使用问题而提供一种钢工件表面耐磨隔热复合涂层的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种钢工件表面耐磨隔热复合涂层的制备方法，其特征在于，它是以含钢的工件为原材料，依次包括预处理、等离子喷涂、电火花沉积、打磨等步骤。

进一步，上述预处理是对钢工件表面进行除油、除锈和表面活化处理；所述除油是用有机溶剂进行清洗除油，所述有机溶剂是汽油、煤油、乙醇中的一种；所述除锈和表面活化处理是通过喷砂工艺实现，所述喷砂工艺的物料选用为棕刚玉，颗粒大小60～100目，喷砂压力控制在0.6～0.8mpa。

进一步，上述等离子喷涂在钢工件表面喷涂mo涂层，涂层厚度为200～1900μm。

为了进一步提高复合涂层的耐磨、隔热性能，所述等离子喷涂电压设定为75～80v，电流设定为460～500a，喷涂距离设定为100～120mm，氩气压力设定为0.7～0.9mpa，氩气流量设定为50～80l/h，氢气压力设定为0.4～0.6mpa，氢气流量设定为10～15l/h。

为了使得钢工件表面复合涂层的耐磨性更好，所述电火花沉积是将等离子喷涂后的钢工件采用电火花沉积技术对喷涂的mo涂层的表面进行重熔，同时增加涂层总厚度，得到高熔点mo和高硬度wc相结合的复合涂层结构，所述电火花沉积工艺为比沉积时间1～2min/cm²，沉积功率1000～1500w、沉积电压80～100v、频率375～700hz；电火花沉积wc涂层的制备过程中，需采用氩气或者氮气进行保护，保护气体流量控制在3～5l/min；电火花沉积wc涂层时，将wc电极与脉冲电源的阳极相连，将钢工件与脉冲电源的负极相连，开启脉冲电源，将wc材料涂覆于钢工件表面，厚度控制在50-100μm。

进一步，上述wc电极是按照电火花沉积设备装夹需求，采用直径为3.2mm的wc棒料。

进一步，上述打磨是采用磨削工艺对wc涂层进行打磨，要求耐磨隔热复合涂层表面粗糙度达到ra1.6以上，所述磨削工艺是采用金刚石砂轮进行磨削，砂轮转速17000转/min，进给速度3～5mm/min，磨削3-5次。

进一步，上述钢工件表面耐磨隔热复合涂层的制备方法，其特征在于，制备完成后复合涂层总厚度需控制在300～2000μm。

本发明具有如下的有益效果：

本发明适用于钢工件表面制备厚度较大的耐磨隔热复合涂层，涂层均匀性好，结合力高，耐磨性能优异，热震试验10次，涂层无分离、裂纹、气泡和破落等缺陷，隔热性优异，烧蚀前后质量仅仅损失0.001g，本发明最大限度的节约了资源，降低了成本，又赋予了基体材料耐磨损、隔热等独特的机械、物理和化学性能，以满足现代工业和国防军工对新型高性能材料的要求。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的耐磨隔热复合涂层表面微观形貌。

图2为本发明实施例1制备的耐磨隔热复合涂层截面微观形貌。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述本发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

实施例一

一种钢工件耐磨隔热复合涂层的制备方法，按如下步骤制得：

1.预处理：对含钢工件表面用乙醇进行出除油，然后进行喷砂工艺，所述喷砂工艺的物料选用为棕刚玉，颗粒大小80目，喷砂压力控制在0.7mpa。

2.等离子喷涂：将预处理后的钢工件用等离子喷涂在钢工件表面喷涂mo涂层，涂层厚度为1300±μm，等离子喷涂电压设定为78v，电流设定为480a，喷涂距离设定为110mm，氩气压力设定为0.8mpa，氩气流量设定为70l/h，氢气压力设定为0.5mpa，氢气流量设定为13l/h。

3.电火花沉积：将等离子喷涂完成后的钢工件进行电火花沉积wc涂层，得到高熔点mo和高硬度wc相结合的复合涂层结构，电火花沉积wc涂层时，将wc电极与脉冲电源的阳极相连，将钢工件与脉冲电源的负极相连，开启脉冲电源，将wc材料涂覆于钢工件表面，wc厚度控制在80μm。所述wc电极是按照电火花沉积设备装夹需求，采用直径为3.2mm的wc棒料，所述电火花沉积的比沉积时间2min/cm²，沉积功率1300w、沉积电压90v、频率500hz；电火花沉积wc涂层的制备过程中，需采用氩气或者氮气进行保护，保护气体流量控制在4l/min。

4.打磨：采用磨削工艺对电火花沉积后的wc涂层进行打磨，要求耐磨隔热复合涂层表面粗糙度达到ra1.6以上，打磨结束后的复合涂层总厚度为1370μm左右，所述磨削工艺是采用金刚石砂轮进行磨削，砂轮转速17000转/min，进给速度4mm/min，磨削4次。

实验1：抗震试验：

取实施例1制得的钢工件耐磨隔热复合涂层进行抗震试验测试，实验结果见下表：

表1热震试验检验复合涂层的结合力

由上表可知，本品抗震性能优异。

实验2：抗烧蚀性能测试：

取实施例1制得的钢工件耐磨隔热复合涂层进行抗烧蚀性能测试，实验结果见下表：

表2等离子焰模拟烧蚀试验检验复合涂层的抗烧蚀性能

结果：实验结果表明，本发明抗烧蚀性能优异，证明本品隔热性能优异。

实施例二

一种钢工件耐磨隔热复合涂层的制备方法，按如下步骤制得：

1.预处理：对含钢工件表面用汽油进行除油，然后进行喷砂工艺，所述喷砂工艺的物料选用为棕刚玉，颗粒大小60目，喷砂压力控制在0.6mpa。

2.等离子喷涂：将预处理后的钢工件用等离子喷涂在钢工件表面喷涂mo涂层，涂层厚度为200μm，等离子喷涂电压设定为75v，电流设定为460a，喷涂距离设定为100mm，氩气压力设定为0.7mpa，氩气流量设定为50l/h，氢气压力设定为0.4mpa，氢气流量设定为10l/h。

3.电火花沉积：将等离子喷涂完成后的钢工件进行电火花沉积wc涂层，得到高熔点mo和高硬度wc相结合的复合涂层结构，电火花沉积wc涂层时，将wc电极与脉冲电源的阳极相连，将钢工件与脉冲电源的负极相连，开启脉冲电源，将wc材料涂覆于钢工件表面，wc厚度控制在100μm。所述wc电极是按照电火花沉积设备装夹需求，采用直径为3.2mm的wc棒料，所述电火花沉积的比沉积时间1min/cm²，沉积功率1000w、沉积电压80v、频率375hz；电火花沉积wc涂层的制备过程中，需采用氩气或者氮气进行保护，保护气体流量控制在3l/min。

4.打磨：采用磨削工艺对电火花沉积后的wc涂层进行打磨，要求耐磨隔热复合涂层表面粗糙度达到ra1.6以上，打磨结束后的复合涂层总厚度需控制在290μm左右。所述磨削工艺是采用金刚石砂轮进行磨削，砂轮转速17000转/min，进给速度5mm/min，磨削3次。

按实施例1的实验方法，分别进行抗震试验、抗烧蚀性能测试，实验结果表明，本品耐磨、耐热性能优异。

实施例三

一种钢工件耐磨隔热复合涂层的制备方法，按如下步骤制得：

1.预处理：对含钢工件表面用煤油进行除油，然后进行喷砂工艺，所述喷砂工艺的物料选用为棕刚玉，颗粒大小100目，喷砂压力控制在0.8mpa。

2.等离子喷涂：将预处理后的钢工件用等离子喷涂在钢工件表面喷涂mo涂层，涂层厚度为1900μm，等离子喷涂电压设定为80v，电流设定为500a，喷涂距离设定为120mm，氩气压力设定为0.9mpa，氩气流量设定为80l/h，氢气压力设定为0.4mpa，氢气流量设定为10l/h。

3.电火花沉积：将等离子喷涂完成后的钢工件进行电火花沉积wc涂层，得到高熔点mo和高硬度wc相结合的复合涂层结构，电火花沉积wc涂层时，将wc电极与脉冲电源的阳极相连，将钢工件与脉冲电源的负极相连，开启脉冲电源，将wc材料涂覆于钢工件表面，wc厚度控制在50μm。所述wc电极是按照电火花沉积设备装夹需求，采用直径为3.2mm的wc棒料，所述电火花沉积的比沉积时间2min/cm²，沉积功率1000w、沉积电压100v、频率700hz；电火花沉积wc涂层的制备过程中，需采用氩气或者氮气进行保护，保护气体流量控制在5l/min。

4.打磨：采用磨削工艺对电火花沉积后的wc涂层进行打磨，要求耐磨隔热复合涂层表面粗糙度达到ra1.6以上，打磨结束后的复合涂层总厚度需控制在1940μm左右。所述磨削工艺是采用金刚石砂轮进行磨削，砂轮转速17000转/min，进给速度3mm/min，磨削5次。

按实施例1的实验方法，分别进行抗震试验、抗烧蚀性能测试，实验结果表明，本品耐磨、耐热性能优异。