一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：輸出電壓為80～110V，比強(qiáng)化時(shí)間為0.8～1.4min/cm2，保護(hù)氣體流量為1.5～2.5L/min。采用本發(fā)明所述方法制備得到的鎳基合金強(qiáng)化層的組織結(jié)構(gòu)致密，缺陷少，摩擦系數(shù)低，耐磨性能優(yōu)異，磨損量低。
【專利說(shuō)明】一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的表面強(qiáng)化層的制備方法，具體涉及一種鎳基合金強(qiáng)化層的電 火花沉積方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 表面強(qiáng)化是改善機(jī)械零件和構(gòu)件表面性能，提高疲勞強(qiáng)度和耐磨性能的工藝方 法。表面強(qiáng)化有時(shí)還能提高耐腐蝕性能。承受載荷的零件表面常處于最大應(yīng)力狀態(tài)，并在 不同的介質(zhì)環(huán)境中工作。因此，零件的失效和破壞也大多發(fā)生在表面或從表面開始，如在零 件表層引入一定的殘余壓應(yīng)力，增加表面硬度，改善表層組織結(jié)構(gòu)等，就能顯著地提高零件 的疲勞強(qiáng)度和耐磨性。
[0003] 金屬表面電火花沉積技術(shù)是近期發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起 來(lái)的新工藝。電火花沉積工藝是將電源存儲(chǔ)的高能量電能，在金屬電極（陽(yáng)極）與金屬母 材（陰極）間瞬間高頻釋放，通過(guò)電極材料與母材間的空氣電離，形成通道，使母材表面產(chǎn) 生瞬間高溫、高壓微區(qū)；同時(shí)離子態(tài)的電極材料在微電場(chǎng)的作用下融滲到母材基體，形成冶 金結(jié)合。經(jīng)過(guò)電火花沉積處理的金屬母材表層能形成高硬度、高耐磨、抗腐蝕和紅硬性好的 沉積層。它的力學(xué)性能和化學(xué)性能超過(guò)鋼材的原始表面性能，從而顯著提高設(shè)備及一些易 磨損零件的使用壽命。電火花沉積工藝在工業(yè)生產(chǎn)的許多部門的應(yīng)用日益廣泛，其經(jīng)濟(jì)效 益也日漸凸現(xiàn)。
[0004] 由于鎳基合金具有優(yōu)異的耐磨、抗熱、抗蝕和抗氧化等一系列性能，在工程中的應(yīng) 用日趨廣泛。為獲得高質(zhì)量的電火花強(qiáng)化層，最大限度地提升強(qiáng)化層的性能，本發(fā)明以鎳基 合金電火花強(qiáng)化層為研究對(duì)象，研究了電火花沉積中的電參數(shù)、比強(qiáng)化時(shí)間和氬氣流量等 工藝參數(shù)對(duì)鎳基合金強(qiáng)化層摩擦學(xué)性能的影響規(guī)律，提供了一種電火花沉積工藝，為合理 地選擇與控制電火花沉積工藝參數(shù)，制備高耐磨強(qiáng)化層提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法得到的 鎳基合金強(qiáng)化層的摩擦系數(shù)低，且耐磨性能十分優(yōu)異。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
[0007] -種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0009] 輸出電壓為80?110V，比強(qiáng)化時(shí)間為0. 8?I. 4min/cm2,保護(hù)氣體流量為1. 5? 2.5L/min〇
[0010] 輸出電壓為80?110V，強(qiáng)化層的組織結(jié)構(gòu)致密，摩擦系數(shù)低，磨損失重低，耐摩 擦性能十分優(yōu)異。所述輸出電壓例如為82V、84V、88V、92V、96V、100V、105V、108V。為了避 免強(qiáng)化層中氣孔、微裂紋等缺陷的產(chǎn)生，提高鎳基合金強(qiáng)化層的耐磨性能，選擇輸出電壓為 80?IlOV最為理想。 toon] 隨著比強(qiáng)化時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)化層內(nèi)反復(fù)遭受加熱，冷卻，加熱的熱循環(huán)，產(chǎn)生了很 大的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，導(dǎo)致強(qiáng)化層內(nèi)熱疲勞裂紋和孔洞的產(chǎn)生，故比強(qiáng)化時(shí)間的延長(zhǎng)，造 成強(qiáng)化層在摩擦過(guò)程中極易微觀斷裂而加劇磨損，所制備的強(qiáng)化層耐磨性能較低。本發(fā)明 所述比強(qiáng)化時(shí)間為0. 8?I. 4min/cm2,選擇該比強(qiáng)化時(shí)間，強(qiáng)化層的耐磨性能十分優(yōu)異。所 述比強(qiáng)化時(shí)間例如為 〇· 85min/cm2、0. 90min/cm2、0. 95min/cm2、l. 00min/cm2、l. 05min/cm2、 Llmin/cm2、l. 2min/cm2、l. 3min/cm2。
[0012] 保護(hù)氣體流量過(guò)小，不足以形成良好的保護(hù)，電火花沉積中鎳基合金易氧化，影響 強(qiáng)化層質(zhì)量，故強(qiáng)化層磨損表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的凹凸不平現(xiàn)象，并有大塊剝落痕跡。保護(hù)氣體 流量過(guò)大，雖然避免了材料的氧化現(xiàn)象，但沉積過(guò)程中會(huì)在基體表面產(chǎn)生反彈后而形成紊 流，并將空氣卷入保護(hù)區(qū)后使強(qiáng)化層內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋及孔洞等缺陷，降低了強(qiáng)化層組織結(jié) 構(gòu)的致密性，故摩擦過(guò)程中造成微觀斷裂，加劇了磨損。本發(fā)明所述保護(hù)氣體流量為1.5? 2. 5L/min，例如L6L/min、l. 7L/min、l. 8L/min、l. 9L/min、2. 0L/min、2.lL/min、2. 2L/min、 2. 3L/min、2. 4L/min。當(dāng)保護(hù)氣體流量適量時(shí)（I. 5?2. 5L/min)，保護(hù)氣體起到了良好的保 護(hù)作用：一方面可有效地避免了強(qiáng)化層的氧化；另一方面，通過(guò)向強(qiáng)化點(diǎn)吹入具有冷卻作 用的保護(hù)氣體流，使表面強(qiáng)化區(qū)域產(chǎn)生微觀淬火強(qiáng)化效果，使強(qiáng)化層的組織致密均勻，氣孔 率小，結(jié)合強(qiáng)度高，故耐磨性能優(yōu)異，其磨損機(jī)制主要是微觀切削磨損。
[0013] 優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣或氬氣中的任意一種或者至少兩種的混 合物，優(yōu)選氦氣。
[0014] 優(yōu)選地，所述輸出電壓為83?107V，優(yōu)選85?105V。
[0015] 優(yōu)選地，所述比強(qiáng)化時(shí)間為0. 85?I. 32min/cm2,優(yōu)選0. 88?I. 26min/cm2。
[0016] 優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體流量為L(zhǎng)65?2. 35L/min，優(yōu)選L75?2. 25L/min。
[0017] 優(yōu)選地，電極旋轉(zhuǎn)速度為2300?2600r/min，優(yōu)選2320?2550r/min，進(jìn)一步優(yōu)選 2400 ?2500r/min。
[0018] 優(yōu)選地，輸出功率為1000?1200W，優(yōu)選1050?1150W，進(jìn)一步優(yōu)選1100W。
[0019] 優(yōu)選地，所述強(qiáng)化層的厚度為0· 5?2mm，優(yōu)選0· 8?I. 6mm，進(jìn)一步優(yōu)選I. 2mm。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0021] 采用本發(fā)明所述方法制備得到的鎳基合金強(qiáng)化層的組織結(jié)構(gòu)致密，缺陷少，摩擦 系數(shù)低，耐磨性能優(yōu)異，磨損量低。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的 實(shí)施例如下：
[0023] 實(shí)施例1
[0024] -種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0025] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0026] 輸出電壓為80V，比強(qiáng)化時(shí)間為0. 8min/cm2,保護(hù)氣體流量為I. 5L/min。所述保護(hù) 氣體為氮?dú)?，電極旋轉(zhuǎn)速度為2300r/min，輸出功率為1000W，所述強(qiáng)化層的厚度為0. 5mm。
[0027] 實(shí)施例2
[0028] -種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0029] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0030] 輸出電壓為110V，比強(qiáng)化時(shí)間為I. 4min/cm2,保護(hù)氣體流量為1. 5?2. 5L/min。所 述保護(hù)氣體為氬氣，電極旋轉(zhuǎn)速度為2600r/min，輸出功率為1200W，所述強(qiáng)化層的厚度為 2mm〇
[0031] 實(shí)施例3
[0032] -種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0033] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0034] 輸出電壓為100V，比強(qiáng)化時(shí)間為I. 2min/cm2,保護(hù)氣體流量為2L/min。所述保護(hù) 氣體為氦氣，電極旋轉(zhuǎn)速度為2400r/min，輸出功率為1100W，所述強(qiáng)化層的厚度為1mm。
[0035] 實(shí)施例4
[0036] -種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0037] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0038] 輸出電壓為90V，比強(qiáng)化時(shí)間為I.lmin/cm2,保護(hù)氣體流量為I. 8L/min。所述保護(hù) 氣體為氮?dú)?，電極旋轉(zhuǎn)速度為2350r/min，輸出功率為1050W，所述強(qiáng)化層的厚度為I. 2mm。
[0039] 實(shí)施例5
[0040] 一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0041] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0042] 輸出電壓為85V，比強(qiáng)化時(shí)間為0. 9min/cm2,保護(hù)氣體流量為2. 2L/min。所述保護(hù) 氣體為氮?dú)?，電極旋轉(zhuǎn)速度為2340r/min，輸出功率為1200W，所述強(qiáng)化層的厚度為0. 5mm。
[0043] 摩擦學(xué)性能試驗(yàn)在HT-500型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)條件為室溫（25°C)、滑 動(dòng)干摩擦，環(huán)境相對(duì)濕度為RH60% ;載荷7. 5N，速度為4m/s，試驗(yàn)時(shí)間為25min，上試樣為直 徑為4_的氮化硅陶瓷球，下試樣為實(shí)施例1?5得到的鎳基合金強(qiáng)化層。
[0044] 如表1所示為鎳基合金強(qiáng)化層測(cè)試結(jié)果
[0045]表1
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種鎳基合金強(qiáng)化層的電火花沉積方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為： 輸出電壓為80?110V，比強(qiáng)化時(shí)間為0. 8?1. 4min/cm2,保護(hù)氣體流量為1. 5?2. 5L/ min〇
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣或氬氣?的任意一種或者至少兩種的混合物，優(yōu)選氬氣。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述輸出電壓為83?107V，優(yōu)選85? 105V。
4. 如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述比強(qiáng)化時(shí)間為0. 85?1. 32min/ cm2,優(yōu)選 0· 88 ?1. 26min/cm2。
5. 如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)氣體流量為1. 65?2. 35L/ min,優(yōu)選 L 75 ?2. 25L/min〇
6. 如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，電極旋轉(zhuǎn)速度為2300?2600r/min， 優(yōu)選 2320 ?2550r/min，進(jìn)一步優(yōu)選 2400 ?2500r/min。
7. 如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，輸出功率為1000?1200W，優(yōu)選 1050 ?1150W，進(jìn)一步優(yōu)選 1100W。
8. 如權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層的厚度為0. 5?2mm，優(yōu) 選0· 8?1. 6_，進(jìn)一步優(yōu)選1. 2mm。
【文檔編號(hào)】C23C26/02GK104278271SQ201310294879
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請(qǐng)人:無(wú)錫成博科技發(fā)展有限公司