高耐磨涂层的研究一直是材料工作者研究的课题之一,目前国内外研究较多的是堆焊、热喷涂、激光熔敷等。但这些工艺都存在一些不足之处,比如堆焊易引起工件的热变形;喷涂,其涂层与基体的结合强度低,有孔隙;激光熔敷生产效果最好,利用激光熔敷技术可以获得成形好,无裂纹,与基体冶金结合的熔敷层[5-7],但是它效率低,成本高。而在低碳钢表面熔敷一层耐磨合金层,可以保留低碳钢塑、韧性极佳的优点,又大大增强了其表面耐磨、耐冲击的性能,而且节省了材料,具有较好的经济效益[8-12]。
1.2 研究现状
1.3 本课题的任务
本课题的试验研究拟采用国产46Kw、20KHz的高频感应加热电源,在低碳钢的表面制备出镍包铝基粉末感应熔敷耐磨涂层。使用不同保护剂并调整加热时间以控制温度,摸索出较佳的感应熔敷规范,使涂层与低碳钢基体之间形成良好的冶金结合,获到性能优良的耐磨层。并对感应熔敷涂层进行金相组织的分析。
2 试验设备及试验材料
2.1 高频感应焊机
国韵WH系列微型高频感应加热电源(如图2.1)
最大输出功率:46Kw
输出中频电压:三相380V
输出震荡频率:20-40KHz
图2.1 国韵WH系列微型高频感应加热电源
图2.2为感应加热电源控制面板。
图2.2 感应加热电源控制面板
2.2 熔敷粉剂
粉末:镍包铝复合粉
牌号:SY333
主要成分(%):Al 13.0-16.0; Ni 余量
涂层功能与应用:熔点:660(Al)℃;硬度:HRB=70-80;自粘性强,放热性好,在815℃温度以下抗氧化,耐熔融金属侵蚀,抗热冲击,耐粘着磨损。主要用作粘结底层和中间涂层。也可作为抗高温氧化涂层,抗热震涂层,耐粘着磨损涂层或密封涂层。可用于内燃机阀芯和阀孔通道,活塞顶部,汽车曲轴,涡轮机叶片,燃烧室,冶金轧辊,模具等部件的修复。
粒度分布(目):140-320
2.3 熔敷保护剂
熔敷保护剂选用1﹟保护剂市售硼砂和南京理工大学材料科学与工程学院自行研制的2#保护剂,呈白色粉末状。
3 高频表面感应熔敷试验
3.1 熔敷前准备
1)取一块低碳钢板,用切割机将试样切割成长宽为70mm×45mm试板。
2)用角磨机去除表面的锈斑和氧化层。
3)取少许镍包铝粉末,将粉末涂敷在试样的中间位置,轻轻敲击试样,使粉末均匀的在中间铺,厚度为2mm。
4)把保护剂倒在镍包铝粉末上方,要求保护剂能够完全盖住熔敷粉剂,并盖住周围部分的母材金属。
5)将试样放在感应加热圈正下方,离感应圈距离约为5mm。要保持钢板的水平,防止在熔敷过程中保护剂和熔化的粉剂向一侧流动,影响熔敷效果。接通电源准备加热,如图3.1。
图3.1 加热前装配图
3.2 感应熔敷试验
取8块试样,经过熔敷前处理后,对其分别编号,进行熔敷加热。各试样感应熔敷加热的参数如表3.1。
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