[发明专利]提高喷涂层接触疲劳寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高涂层解除疲劳寿命的方法，具体地说是将正交实验和打 底涂层相结合的方式提高喷涂层的接触疲劳寿命的方法。

背景技术

随着社会的进步，许多装备零件被应用于高温、高速、高腐蚀的环境中，加 速了零件由于表面失效而报废。如果发生表面失效就更换零件，必定会大大提高 加工成本，浪费废旧零件的剩余价值。在废旧零件的表面制备再制造涂层是解决 此类问题的有效手段，通过热喷涂等技术在废旧零件表面制备硬质涂层，不但可 以最大程度利用废旧零件，还可以通过合理设计涂层使再制造后的零件应用更为 苛刻的工况环境。因此，热喷涂在耐高温、耐腐蚀和耐磨领域都得到了广泛的发 展，成为了装备再制造重要技术手段。

接触疲劳又称表面疲劳磨损，是零件的接触表面在接触应力的反复长期作用 后引起的一种表面材料去除的损伤现象。对于铁路的钢轨、轧机的轧辊和很多传 动装置中的重要零部件，如齿轮、轴承等，接触疲劳是它们主要的失效原因。而 接触疲劳裂纹往往又是在表面或此表面开始萌生的，所以采用热喷涂在零件表面 制备喷涂层是提高接触疲劳寿命的有效方法。但是由于热喷涂过程的限制，喷涂 层的孔隙、微裂纹等缺陷限制了其在累积疲劳损伤条件下的服役性能。现有技术 中等离子喷涂铁基自熔剂合金涂层与基体的结合方式只是依靠熔融颗粒的速度 冲击经过喷砂处理的粗糙表面而形成的机械嵌合，结合强度不高，界面有大量的 裂纹如图6所示。由于结合强度低和界面裂纹的存在，涂层在较大接触应力的作 用下在服役的前期就容易由于整层剥落而发生失效，极大地影响了涂层的接触疲 劳寿命。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以有效提高喷涂层接触疲劳寿命的方法。

本发明的发明思路为：

本发明采用等离子喷涂打底涂层和工作涂层，等离子喷涂技术具有焰流温度 高，粒子速度快，沉积效果好等优势。铁基自熔剂合金粉末可以在喷涂过程中自 行脱氧，不但消除氧化物对涂层的不利影响，还可以产生多种硬质化合物显著提 高涂层的硬度，在常温至中温的环境中具有良好的耐磨性能。

本发明将现代应用数学的理论思想应用于涂层的优化中，采用正交实验设计 对喷涂参数进行合理优化，制备出综合性能优异的涂层。正交实验设计是一种用 于多因素实验的部分因子设计方法，具有很高的效率，其主要是提取出对于实验 结果影响最大的几个典型的因素，并针对每个因素设定几个水平，通过设计正交 实验表进行次数较少的正交实验，考察这些典型因素对实验结果的影响程度，并 寻找最佳的因素组合，其避免了全面的实验所带来的繁琐和浪费，达到事半功倍 的效果。

本发明采用先使用等离子喷涂制备Ni/Al粘结底层，再喷涂工作层的方法来 提高结合强度，由于Ni和Al在熔融态发生强烈的化学反应，能够放出大量的热， 并且这种放热反应持续的时间较颗粒从喷嘴到基体表面所用的时间长，所以当 Ni/Al熔融颗粒到达基体表面时仍然有放热反应，放出的大量的热使基体表面熔 化产生局部的重熔，形成微冶金结合，极大的提高了涂层的结合强度。

为了实现本发明的发明目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种提高喷涂层接触疲劳寿命的方法，其特征在于，其具体步骤为：

(1)工作涂层喷涂参数的优化：利用正交实验计算工作涂层的喷涂参数；

(2)制备Ni/Al粘结底层；

(3)利用等离子喷涂技术喷涂工作涂层。

上述的一种提高喷涂层接触疲劳寿命的方法，其中所述步骤(1)正交实验 计算工作涂层的喷涂参数为：提取三个典型因素，分别为喷涂电压、喷涂电流和 喷涂距离；针对每个因素设定参数水平，通过参数水平设计正交实验表，固定了 主气流量、送粉量和涂层厚度因素；采用涂层的硬度和孔隙率作为性能评价的判 据，采用极差法对测得的硬度值和孔隙率值进行分析，分别得到了获得最高硬度 和最低孔隙率的参数组合，采用综合评分的方法分析涂层的综合性能；采用极差 法对综合评分进行分析，最终得到了制备工作涂层喷涂参数组合。

上述的一种提高喷涂层接触疲劳寿命的方法，其中所述性能评价的判据的硬 度是使用显微硬度计测量的，孔隙率是采用孔隙率测试软件计算的，此软件为中 国人民解放军装甲兵工程学院装备再制造国防科技重点实验室自主开发的：精确 测定涂层孔隙率的图像处理软件。本领域技术人员可以通过购买得到。