高强度钢材料轴类采用超音速火焰喷涂进行尺寸修复研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高强度钢材料轴类采用超音速火焰 喷涂进行尺寸修复研究 0 引言 中国论文网 /8/view-12932955.htm 某型产品的半轴为超高强度钢材 料，使用过程中因环境腐蚀和机械损伤， 造成轴的直径尺寸超差，采用常规的电 镀铬无法满足使用要求，经过论证采用 超音速火焰喷涂（简称 HVOF）的方法， 解决了修复难题。 1 产品的损伤情况。 半轴的材料为超高强度钢（热处 理强度达到 1900MPa） ，位于最终产品 的中下部，轴表面尺寸超差处与轴承配 合，轴承与半轴间存在一定的相对运动， 产品工作时，半轴承受剧烈的震动，造 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 成半轴与轴承表面机械损伤。同时，半 轴长期暴露在室外，外界的水渍等物质 进入半轴所在的封闭腔内，长期作用下， 造成半轴表面腐蚀损伤。 2 半轴的技术要求 半轴的材质强度较高，其原图样 要求的表面处理方法为表面镀硬铬，表 面粗糙度为 Ra0.4，结合其使用特点， 半轴修复的要求是：修复后半轴应有较 高的硬度、一定的耐腐性，经精磨后有 较高的表面光洁度，达到这些要求的同 时还要能喷涂一定的厚度（至少 1mm） 。 3 常规镀铬修复的问题 我们前期进行产品修复时，使用 原图样的电镀硬铬的方法，但电镀硬铬 存在一些固有问题，造成产品的修复成 功率极低，不得不制造或购买新品，使 产品的修复周期和成本增高。电镀铬的 主要问题有： a.电镀铬的厚度限制。为保证铬 层的结合力，工艺要求半轴的表面划伤 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 或腐蚀深度不超过 0.1mm，而我单位的 半轴尺寸超差大部分已达到 0.2mm，甚 至更大。 b.电镀铬的镀层质量不高。电镀 铬的镀层存在微裂纹，不可避免地产生 穿透性裂纹，导致腐蚀介质从表面渗透 至界面而腐蚀基体，造成镀层表面锈班， 甚至剥落，影响产品的气密性能。为了 克服铬层易漏气和不耐腐蚀的缺点，通 常采用封孔、金刚石滚压等工艺消除铬 层本身的微裂纹，工序较长、工艺难度 大且不能从根本上消除微裂纹。 c.超高强度钢本身对氢脆的敏感 性大，虽每次均要进行除氢处理，如果 多次镀铬，还是易造成产品的氢脆，造 成产品不可估量的损失。 与此同时，电镀铬工艺沉积速度 慢，仅约 25m/h，我厂地处北方，对 电镀铬的工艺管理也越来越严格，环境 保护的要求极易波及电镀铬这一污染大 的工艺，也需要我们及早找出替代工艺。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 4 超音速火焰喷涂修复的可行性 HVOF 工艺通过氧气、气体或液 体燃料燃烧产生动能，同时对热量输入 加以控制，粉末状的喷涂材料被注入热 气流中，通过热气流对其进行均匀加热 至熔化或半熔化状态。火焰焰流和粉末 通过喷嘴进行加速，以超音速的焰流将 粉末粒子推向喷涂基体，形成涂层。 相对于电镀铬，超音速火焰喷涂 有几大明显优势： a.高致密性。 通常情况下涂层的孔隙率低于 2%， 有些甚至低到 0.5%，优于电镀铬的每 平方分米不大于 5 个气孔的要求。下图 为 DJ2700 设备喷 WC-10Co4Cr 粉末获 得的涂层金相，由图 1 可以看出，涂层 内部基本无氧化物，孔隙率小于 1%； 无大于 50m 的孔洞；无未熔颗粒，碳 化物分布均匀，无带状或团状分布；截 面上无裂纹。 b.高结合强度。 采用 HVOF 工艺制备的 WC 涂 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 层的结合强度超过 70MPa，而电镀铬仅 要求采用弯曲或加热法检查无表面起皮、 起泡或脱落，质量要求明显低于 HVOF。 我们采用拉伸法对涂层结合强度 进行了测试，拉伸结合强度测试结果在 79.8MPa-86.9MPa 之间，均大于 70MPa，断裂方式为胶断。 c.极佳的硬度。 如果采用 12%的碳化钨/钴涂层， 经检测可达到 1100HV 至 1350HV，远 优于镀铬的 700HV。 d. 优良的耐磨性能。 HVOF 涂层具有非常好的耐磨损 性能。以下为相关单位做的磨损性试验： 1）对涂层进行磨粒磨损性能评 价，并与电镀硬铬进行对比，其中电镀 硬铬的磨损量为 10.7mg/min，超音速火 焰喷 WC-CoCr 涂层的磨损量为 3.8mg/min。 2）干滑动摩擦磨损实验。实验 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 中使用的摩擦副为 SiN 球，规格为？ 5mm，法向载荷为 20N、50N，磨球运 行速度为 100rad/min，运行时间 30min，15min 时测一次失重，30min 时 测一次失重。不同工艺涂层重量损失见 图 2，超音速火焰喷涂 WC-CoCr 在 验 30min 后的失重分别为 0.4mg（20N）和 1.31mg（50N） ，而电 镀硬铬在试验 30min 后的失重分别为 13.08mg（20N）和 38.29mg（50N） ，可 见超音速火焰喷涂 WC 涂层的耐磨性能 远远优于电镀硬铬。 e.优良的耐腐蚀性能。 HVOF 涂层的高致密性，优良的 冶金特性有助于提高抗腐蚀性能，包括 热腐蚀、氧化、不同媒介腐蚀效应。 图 3 为相关单位所做的中性盐雾 试验，通过对比发现，HVOF 涂层远优 于电镀硬铬。 0H 336H f.涂层厚度优于硬镀铬。 HVOF 拥有高于其他热喷涂的喷 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 涂速度，经我们试验，其涂层厚度至少 可达到 0.5mm。 HVOF 涂层拥有比电镀硬铬优良 的致密性、结合强度、硬度、耐磨性能， 同时其涂层厚度也能满足使用需求，使 用 HVOF 工艺喷涂 WC 来代替电镀硬 铬进行半轴的尺寸修复完全可行。 5 HVOF 的技术难点 a.HVOF 的技术难点是喷涂过程 零件温度的控制及监视。超高强度钢对 温度极其敏感，如果基体超过一定的温 度，则产品应会因过热而性能下降，对 于低温回火的半轴，其对基体的温度控 制更应严格。在进行实际喷涂时，应严 格控制喷涂的基本参数，防止温度的过 度升高。同时，为避免测温误差，采用 红外测温仪测试产品喷涂间歇时的温度， 以确定喷涂过程中产品的温度升高。 b.喷涂后的检测要求 因 HVOF 为特殊过程，过程的不 可控会造成产品的质量不稳定，所以， 需要对过程参数进行极为严格的控制， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 同时需要对过程的结果进行必要的检测， 喷涂后除应进行尺寸、表面粗糙度检测 外，还应检测金相、