[发明专利]铸钢工件表面高速火焰喷涂耐热合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面喷涂技术，尤其是一种改善铸钢表面抗热冲击性能的铸钢工件表面高速火焰喷涂耐热合金的方法。

背景技术

近年来，随着喷涂技术的发展和应用，在材料基体上制备涂层的技术得到了广泛的应用。其中氧—乙炔火焰喷涂具有成本低、喷涂效率高、操作简便及应用范围广泛等特点而受到关注。但是，常规火焰喷涂是以氧—乙炔火焰来熔化待喷涂的合金粉末，普通喷枪中没有可供氧与燃料进行燃烧的高温高压燃烧室，燃烧产物直接由混合室喷出，所以焰流速度慢、热量不集中、粉末在空气中的时间长，使涂层粗糙多孔，而且氧化物和未熔颗粒多，涂层的结合强度低，易产生裂纹并剥落，涂层的厚度也受到限制。所以采用常规的氧—乙炔火焰喷涂难以在铸钢表面形成结合牢固的耐热涂层。

高速火焰喷涂是利用燃气与高压氧气在特定的高温高压燃烧室内混合，在压缩—膨胀式喷嘴中燃烧并产生高速焰流(焰流速度可达300m/s以上)，将合金粉末送入该焰流，可将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速喷射出去。高速喷涂颗粒在空气中停留的时间很短，发生氧化的机会极小，所以高速火焰喷涂可减小甚至消除涂层中的氧化物，大幅度提高涂层的致密度和界面结合强度。

在铸钢表面喷涂一层耐热合金，能够大大提高铸钢件表面的抗热冲击能力。但是，这项技术的困难在于铸钢与耐热合金涂层的线膨胀系数相差大，两者之间难以形成稳定的冶金结合，而且在热喷涂过程中在结合界面会产生较大的应力，导致零部件在使用过程中易产生涂层剥离，影响产品质量和使用寿命。为此，人们多年来进行了大量的试验研究，采用的措施主要有堆焊、多元共渗和热喷涂。其中采用等离子弧在铸钢表面进行堆焊，焊前须采用氧-乙炔火焰将工件预热到450—500℃，工艺复杂、生产率低，成本较高。

随着热喷涂技术的发展，在钢铁零部件表面进行喷涂以提高其使用寿命受到人们的关注。新日本制铁公司以含Co、Cr等的镍基自熔合金为打底层，采用Al₂O₃+Zr₂O₃为工作层对材料表面进行喷涂，取得提高零部件使用寿命的效果。与Al₂O₃+Zr₂O₃粉末合金相比，Ni-Cr合金粉末成本低、抗高温氧化能力强，如果能在铸钢零部件表面成功喷涂含Ni-Cr合金的合金层，将能够大大延长铸钢零部件在高温环境中的使用寿命。经检索，有关在铸钢表面通过高速氧—乙炔火焰喷涂耐热合金尤其是Ni-Cr合金的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可在铸钢零部件表面获得抗热冲击能力好的合金涂层，满足铸钢零部件在高温条件下使用要求的铸钢工件表面高速火焰喷涂耐热合金的方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种铸钢工件表面高速氧—乙炔火焰喷涂耐热合金的方法，包括以下步骤：

1)对铸钢工件表面进行预处理和粗化处理；

2)采用高速氧-乙炔火焰热喷涂方法对铸钢工件表面喷涂打底层，工艺参数为：氧气压力0.2MPa—0.8MPa，乙炔压力0.06MPa—0.12MPa，喷涂距离120mm—180mm，送粉量10g/min—25g/min，喷涂角度75°—85°，获得的打底层厚度20μm—60μm；

3)采用高速氧-乙炔火焰热喷涂方法对铸钢工件表面喷涂工作层，工艺参数为：氧气压力0.3MPa—0.9MPa，乙炔压力0.06MPa—0.14MPa，喷涂距离120mm—200mm，送粉量20g/min—45g/min，喷涂角度75°—85°，获得的工作层厚度40μm—120μm；工作层以步骤3)的方法和条件重复喷涂2—4层。

上述在铸钢工件表面高速氧—乙炔火焰喷涂耐热耐磨合金的方法中，所述铸钢工件的化学成分以重量百分比计为：C 0.12％—0.62％，Mn 0.35％-0.80％，Si 0.20％—0.45％，S和P分别为0.04％-0.06％，其余为Fe。

所述步骤1)中的预处理是指对铸钢工件待喷涂表面进行喷砂处理或车削加工，以去除铸钢工件表面的油污和锈蚀。

所述步骤1)中的粗化处理是指对铸钢工件表面用手动砂轮进行打磨，使之露出光洁粗化的金属表面。

所述步骤2)中的打底层采用镍包铝复合粉末，粉末粒度不小于300目，其成分以重量百分比计为：Ni 75％～80％、Al 20％～25％。