鈦合金表面形成的耐磨-耐高溫涂層及其實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及的是一種合金表面處理領域的技術,具體是一種鐵合金表面形成的耐 磨-耐高溫涂層及其實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002] 在航空、航天、交通運輸業(yè)和機器制造業(yè)中廣泛運用鐵合金零件。純鐵有兩個同素 異晶體:在882.5°C W下為密排六方晶格,稱為a-Ti ; 882.5°C W上為體屯、立方晶格,稱為β- Ti,i3-Ti的耐熱性較差,但工藝塑性較好,易于鍛造。鐵及其合金有高的比強度(強度/密度) 和優(yōu)異的耐蝕性能;不足的是具有粘附硬化傾向,W致導致摩擦破壞,甚至從摩擦表面撕下 一塊。盡管鐵合金耐熱性能較好,但超過500~600°C,其耐熱性能就黯然失色,限制了它在 摩擦組件上的應用。為了避免鐵合金在500°CW上溫度下氧化并提高其耐磨性能,人們想出 很多辦法,如采用表面涂層辦法,使表面經(jīng)受微電弧氧化處理,甚至經(jīng)過氣熱處理、電鍛和 專用電容能量和其它貴重裝置中爆炸強化。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn),中國專利文獻號CN104972188A,公開(公告)日 2015.10.14,公開了一種利用電火花進行鐵合金表面改性的方法,包括漏斗,特征在于:將 待加工的鐵合金冷卻至-100~-80°C,用化基SiC復合電極在煤油中對振動的鐵合金工件進 行電火花加工,電火花的放電電流為3~6A,脈沖寬度為60~90ys,脈沖間隔為5~7s;煤油 還混勻有粒徑為3~扣m的Si粉。但該技術無法解決鐵合金耐熱問題,且硬度提高有限,耐磨 也難W滿足工業(yè)上的需要;此外,該技術在煤油中釋放電火花的操作方式會造成對環(huán)境污 染;并且其操作溫度從-80~1165°C,溫度跨度之大將直接導致實施設備的復雜化,為工藝 的大規(guī)模推廣實施帶來困難。
[0004] 中國專利文獻號〔化030315094,公開(公告)日2013.04.10,公開了一種采用高頻 脈沖離子弧技術強化鐵合金表面的方法,該方法采用2000化的高頻脈沖離子弧技術,WWC 作為強化電極,在鐵合金表面制備TiC強化層。強化層厚度可達0.05mm。但該技術對鐵合金 表面耐磨性能沒能達到最佳狀態(tài),僅僅只使用WC-種材料作為強化電極;并且沒能解決鐵 合金表面耐熱問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足,提出一種鐵合金表面形成的耐磨-耐高溫 涂層及其實現(xiàn)方法,從礦物原料中選擇有效和便宜的電極材料,用電火花烙煉方法給鐵合 金表面施W耐磨-耐熱涂層。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術方案實現(xiàn)的:
[0007] 本發(fā)明采用電極材料分別為為llCrl5Ni25Mo6NMn2、純侶、硬質(zhì)合金YT15、YD10或 用侶熱法獲得合金W-Cr-Co,在TA15、TC6或TC1的鐵合金表面通過電火花烙煉方式實現(xiàn)表面 涂層的制備。
[000引所述的鐵合金表面優(yōu)選經(jīng)機械加工并磨削到表面粗糖度Ra = 0.8~1.2皿。
[0009] 所述的鐵合金表面進一步優(yōu)選涂W厚15~25μπι的附加銅涂層。
[0010] 所述的電火花烙煉,其采用的連續(xù)脈沖頻率為400~500Hz,單位脈沖能量為0.18 ~0.32J,脈沖持續(xù)時間為40~lOOys。
[0011] 所述的方法具體包括W下步驟:
[0012] 步驟1)由鐵合金板材TA15、TC6或TC1經(jīng)機械加工并磨削到表面粗糖度Ra = 0.8~ 1.2皿,作為陰極;
[0013] 步驟2)使用輸出能量為0.09~1.21J,電流強度為0.5~2.8A的電火花烙煉機,首 先在陰極表面涂W銅涂層,厚15~25μπι;然后設置陽極分別為為合金鋼電極 llCrl5Ni25Mo6NMn2、侶、硬質(zhì)合金YT15、YD10或用侶熱法獲得合金W-Cr-Co。
[0014] 步驟3)采用電火花烙煉裝置,設置電火花烙煉過程能量換算參數(shù)Wnd為8.2~ 9.化j/cm2,單位脈沖能量0.18~0.32 j,連續(xù)脈沖頻率為400~500Hz,脈沖持續(xù)時間40~ 10化S,從而在祀材表面烙煉一層薄膜。
[0015] 所述的電火花烙煉過程能量換算參數(shù),即在形成均勻涂層和隨后多層涂層最終烙 煉過程對應的工藝參數(shù)值
庚中:C為系數(shù),τ為脈沖持續(xù)時間,X為W下一元Ξ次 方程的立個解中的單調(diào)有效立方方程根:χ3-3 (2+Bf Ρ)抖3 (1 +Bf Ρ) x+Bf Ρ- (Bf Ρ)3 = 0,該方程 的其余兩個解為無效虛數(shù);fp為火花放電脈沖頻率,B為脈沖時間間隔系數(shù)。
[0016] 所述的電火花烙煉裝置,包括:相對設置于真空室內(nèi)的陰極和祀材,W及設置于陰 極和祀材之間的陽極。
[0017] 所述的真空室外部設有電磁塊。
[0018] 本發(fā)明設及一種根據(jù)上述方法制備得到的耐磨-耐高溫涂層,其厚度為28~90μ km,粗糖度為0.8~3.化km,密實度為62~100 %。
[0019] 所述涂層的顯微硬度為355~1642MPa,強度系數(shù)為1~4.05,遷移材料系數(shù)為0.22 ~0.78。
【附圖說明】
[0020] 圖1為電火花烙煉法過程示意圖;
[0021] 圖中:1為陰極、2為陽極、3為采集器、4為真空室、5為陰極等離子體、6為陽極等離 子、7為電磁塊、8為等離子體源、9為祀材;
[0022] 圖2是典型的陰極Σ Ak和陽極Σ Δ3重量變化與能量轉(zhuǎn)移值Wn關系示意圖;
[0023] 圖中:tx為烙煉層脆性破壞限度(Π 坎)、Τχ為表面層破壞的臨界限度、Wnx為脆性破 壞的能量限度、Wnd為推薦最終電火花烙煉過程能量換算;a為陰極、b為陽極。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1所示,為本實施例采用的電火花烙煉裝置,相對設置于真空室4內(nèi)的陰極1和 祀材9, W及設置于陰極1和祀材9之間的陽極2。
[0025] 所述的真空室4外部設有電磁塊7。
[00%]本實施例分別由鐵合金TA15、TC6、TC1取出試樣,機械加工并磨削到表面粗糖度Ra =0.8~1.2皿。電火花烙煉電極材料依次為1 lCrl5Ni25Mo6NMn2、純侶、硬質(zhì)合金YT15、YD10 用侶熱法獲得合金w-化-Co。
[0027] 由運些材料形成均勻涂層。為了沿涂層厚度保證在d〇x/dz>0條件下力學性能的 增加(Οχ為切平面方向上的破壞應力,Z為垂直切平面坐標),由電火花烙煉法施W合金鋼涂 層llCrl5Ni25Mo6NMn2和硬質(zhì)合金YT15、YD10及合金W-Cr-Co之前,涂W厚15~2如km附加銅 涂層。
[0028] 在電火花烙煉動力學研究條件下,確定了正極單位腐蝕Δ a和負極單位增量Δ k與 時間關系。也就是花費在試樣1cm2面積上所消耗標準能量。在運樣情況下,過程的工藝參數(shù) 主導能量消耗數(shù)值Wn,即消耗在烙煉1cm2涂層能量。為了每一個裝置規(guī)范工作和使用電極 畐IJ,按照單個脈沖平均能量值Wp確定Wn值。單個脈沖平均能量按照從示波器C8-17獲得在極 間距電壓電流的波形圖直接計算。所給出的能量數(shù)值計算為:Wn = WpNp t = Wp ( 60f ρΚρ ) t,其 中:Np為在1分鐘內(nèi)的平均脈沖數(shù)、t為烙煉1cm嗦面積所需時間、fp為隨后火花放電脈沖頻 率、Κρ = Np/f P為確定火花脈沖傳輸概率系數(shù)。
[0029] 單個陽極浸蝕值Δ a和單個陰極增量Δ k按照重力測定方法:通過電火花烙煉每分 鐘過程,使用精確到0.000?測重儀,據(jù)陽極浸蝕計算總和值(為ΣΔ3)和總的陰極增量Σ Ak。材料遷移系數(shù)Κ=δ·7Δ3確定了在固定時間內(nèi)每個電極材料的烙煉。
[0030] 典型的陰極Σ Ak和陽極Σ Δ3重量變化取決于轉(zhuǎn)移能量值Wn(對應規(guī)定涂層厚度h 輸送能量值),考慮烙煉1cm2表面積所需時間換算,示于圖2