3Cr13修复铸铁烘缸

1、PAGE PAGE 12Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.电弧喷涂3Cr13修复烘缸表面的涂层性能研究高文军 张宏 王瑞 段素霞 （陕西科技大学造纸工程学院，陕西西安，710021）摘要：本文文针对造造纸烘缸缸由于受受腐蚀与与磨损而而导致表表面失效效的问题题，采用用电弧喷喷涂技术术进行修修复，设设计正交交实验研研究了电电弧喷涂涂工艺参参数对33Cr113 涂涂层结合合强度、硬硬度和耐耐磨性的的影响以以及X射射线衍射射分析及及表面与与界面形形貌电镜镜扫描检检测。实验结结果表明明：影响涂涂层性能

2、能稳定性性的工艺艺参数主主要是电电弧电流流，其次是是喷涂距距离、电电弧电压压和空气气压力，得得出最佳佳的修复复工艺参参数为：电弧电电流为2230A，喷涂涂距离为为2400mm，电弧电电压为335V，空气气压力为为0.66MPaa。关键字：电电弧喷涂涂 修复 烘烘缸 3CCr133 正交实实验 性能能 1前言烘缸是现代代化造纸纸机上的的一个关关键的大大部件，表面由由于受纸纸页中化化学药品品的腐蚀蚀以及刮刮刀的磨磨损，一般烘烘缸使用用一年后后，表面就就出现了了沟纹。陕陕西某厂厂生产卷卷烟纸，烘缸使使用4 年，表面沟沟纹平均均深达33mm，最深处处达5mmm，被迫停停产。过过去厂方方采用将将烘缸表表

3、面车削削后再磨磨光的方方法维修修，但由于于沟纹深深达5mmm，若将整整个烘缸缸表面车车削5mmm， 再进行行磨光，显然烘烘缸强度度降低太太多。因因此为了了解决车车削造成成烘缸壁壁太薄、强强度降低低的问题题，保证证烘缸修修复后能能达到使使用要求求，提高高其耐蚀蚀性及耐耐磨性，我们使使用电弧弧喷涂技技术来修修复烘缸缸表面。本文主要是对用电弧喷涂技术修复烘缸表面的涂层性能研究，通过正交实验对涂层在不同工艺条件下的性能进行实验比较，以选择最佳的修复工艺参数，以便在实际应用中得到最佳利用效果。2烘缸的修修复工艺艺由于烘缸大大多数是是由铸铁铁制成，为为了保证证烘缸表表面喷涂涂不锈钢钢的结合合强度达达到使用

4、用要求，我我们首先先在3003008mmm和90608mmm的方片片铸铁式式样上做做实验研研究。考考虑到利利用电弧弧喷涂过过小式样样时容易易烧坏基基体本身身，而且且也不利利于喷出出性能良良好的涂涂层，因因此我们们先在99099088mm的的方片铸铸铁上喷喷涂，然然后用线线切割机机分别切切成3003008mmm和90608mmm实验试试样。2.1电弧弧喷涂工工艺2.1.11喷涂材材料的选选择为了使烘缸缸表面喷喷涂达到到使用要要求，考考虑到喷喷涂修补补时，不锈钢钢材料与与钢丝喷喷涂价格格相近，并并考虑到到烘缸的的受腐蚀蚀与磨损损情况，我我们选用用2mmm的3Crr13马马氏体不不锈钢丝丝作为喷喷涂

5、材料料（其化化学成分分及性能能如表221所所示）。2.1.22喷涂工工艺参数数的确定定采用正交设设计原理理选择33Cr113 涂涂层的喷喷涂工艺艺参数，考考察的工工艺参数数分别为为电弧电电流、电电弧电压压、喷涂涂距离和和雾化空空气压力力。对每每个工艺艺参数分分别选取取3个水水平，根据表21 实验用用喷涂材材料（33Cr113）化化学成分分（%）CrCSiMnNiSPFe13.2550.320.480.520.350.01880.0244余量L9 (334) 正正交表，建建立正交交设计方方案，如如表22所示示。2.1.33涂层的的制备将铸铁块铣铣削成99099088mm的的正方形形试片，采采用烘

6、烤烤除油的的方法去去除铸铁铁内部微微孔内的的油污，然然后采用用压力喷喷砂机进进行表面面粗化处处理。我我们使用用的是TTLASS型高性性能超音音速电弧弧喷涂设设备，进进行喷涂涂时，按按试块编编号参照照所设定定的工艺艺参数依依次进行行，喷涂涂厚度为为0.771mmm。2.1.44喷涂后后处理将喷好的试试片在线线切割机机上切割割成9006008mmm和33033088mm的的小试样样分别进进行结合合强度、硬度和耐磨性的测试以及X射线衍射分析及表面与界面形貌电镜扫描检测。2.2.喷喷涂涂层层性能研研究2.2.11涂层结结合强度度的测定定及实验验数据分分析参照GB997966888 规定定的对偶偶实验方

7、方法在WWE10AA 万能能材料实实验机上上作拉伸伸实验。试试样尺寸寸为3003008mmm，保保证经磨磨削平整整加工后后涂层厚厚度不小小于0.5mmm。在对对偶件和和涂层试试样的粗粗化面上上各涂一一层E7粘接接剂（如如图21所示示），等等胶固化化后将试试样在拉拉伸实验验机上进进行实验验，然后后记录实实验数据据，并观观察断裂裂位置（如如图22所示示），应应根据实实际情况况予以评评定，涂涂层与基基体间的的破裂面面积占22/3以以上才算算有效， 最后根根据公式式211计算结结合强度度并求得得同一试试片的平平均值，填填入表222中中。结合强度计计算公式式： b=F/S （221）式中：b涂层结结合强

8、度度，MPPa； F破断载载荷，N；SS断裂涂涂层面积积，mmm2。图2-1 试样样粘接装装置 图2-2 拉伸实实验试样样断口形形貌2.2.22涂层耐耐磨性的的测试本实验所用用CM型型无釉砖砖耐磨实实验机，实实验机磨磨轮是钢钢质，硬硬度为HHB20032245，直直径为2200mmm，厚厚度为110mmm，转速速为755rpmm，载荷荷为322N，通通过失重重法评定定涂层的的磨损性性能。实实验结果果见表222。表22 3CCr133 涂层层喷涂工工艺参数数正交设设计实验验方案及及涂层性性能实验验数据编号喷涂电流 喷涂涂电压 喷涂涂距离 空气气压力I/A UU/V L/mmm P/MPaa平均结

9、合强强度MPa平均磨损重重mg1#2#3#4#5#6#7#8#9#1(2300) 11(388) 1(3300) 22(0.6)1(2300) 22(355) 2(2240) 11(0.8)1(2300) 33(322) 3(1180) 33(0.4)2(2000) 11(388) 2(2240) 33(0.4)2(2000) 22(355) 3(1180) 22(0.6)2(2000) 33(322) 1(3300) 11(0.8)3(1700) 11(388) 3(1180) 11(0.8)3(1700) 22(355) 1(3300) 33(0.4)3(1700) 33(322) 2(2

10、240) 22(0.6)43.27746.61140.18839.59939.14436.20036.08835.52237.7558.707.278.9310.57710.67711.47712.06612.27711.4002.2.33实验数数据分析析 采用极差分分析法，按按表22的正正交设计计方案对对表22的实实验结果果进行分分析，结结果见表表233。由表表233可知：按涂层层结合强强度和按按磨损失失重确定定各因数数主次顺顺序都是是ILUUP，表23 极差差分析结结果性能极差结合强度/ MPaa磨损失重/mgk1k2k3k1AVk2AVk3AVR130.006 1118.994 1114

11、.999 1118.889114.993 1221.227 1223.995 1220.116109.335 1114.113 1115.440 1115.22943.355 399.655 388.333 399.63338.311 400.422 411.322 400.05536.455 388.044 388.477 388.4336.90 2.38 2.99 1.6224.900 311.333 322.444 300.80032.711 300.000 299.244 300.77735.800 311.800 311.666 311.7778.30 100.444 100.811

12、 100.27710.900 100.000 9.75 100.26611.933 100.600 100.555 100.5993.63 00.600 0.80 00.333主次影响主次：ILUUP；最最佳水平平：I1L2U2P2影响主次：ILUUP；最最佳水平平：I1L2U2P2注: k11 为水水平1的的3次实实验结果果之和，k1 AAV = k1 /3；k2为水平平2 的的3次实实验结果果之和，k2AVV = k2/3；k3 为水水平3 的3次次实验结结果之和和，k3 AAV = k3/3；R为极差差，R = kmaxx - kminn。即主次顺序序依次为为电弧电电流、喷喷涂距离离、电

13、弧弧电压及及空气压压力。在在确定工工艺参数数时，既既要考虑虑涂层具具有良好好的结合合性能，又又要兼顾顾到涂层层的耐磨磨性能，这这是工况况使用条条件所决决定的。按k1AVV ， k2AVV ，k3AVV 数值值确定的的各因数数水平组组合行为为也相同同，即按按涂层结结合强度度和按磨磨损失重重确定各各因数的的最佳水水平组合合都是II1L2U2P2。这是是根据实实验条件件和实验验结果得得到的，所所以最佳佳水平组组合要根根据涂层层的综合合性能来来确定。综综上所述述，使涂涂层具有有良好综综合性能能的喷涂涂工艺参参数最佳佳水平组组合为II1L2U2P2，即电电弧电流流为2330A，喷喷涂距离离为2440mm

14、m，雾化化空气压压力为00.6MMPa，电电弧电压压为355V。2.2.44涂层硬硬度的测测试及实实验数据据在本课题的的研究中中，涂层层的宏观观硬度按按照GBB/T88640019998金金属热喷喷涂涂层层表面洛洛氏硬度度试验方方法规规定进行行，我们们用时代代HLNN1系列列里氏硬硬度计对对采用不不同喷涂涂工艺参参数的33Cr113涂层层进行了了宏观硬硬度测试试。实验验结果如如表24所示示：表24 3CCr133涂层宏宏观硬度度编号洛氏硬度(HRCC)平均洛氏硬硬(HRCC)平均布氏硬硬度(HB)Cr-1Cr-2Cr-3Cr-4Cr-5Cr-6Cr-7Cr-8Cr-945.6 455.9 46

15、6.246.4 477.3 477.647.1 477.8 477.944.2 455.6 455.942.6 422.9 433.139.8 400.2 400.738.2 399.2 399.438.5 388.2 388.740.8 411.1 422.745.57747.10047.60045.23342.87740.23338.93338.47741.5334294444504243953753603573852.2.55涂层的的XRDD分析图23是是对3CCr133涂层的的Cr3试样样的X射射线衍射射图谱，33Cr113丝材材形成涂涂层以后后空冷，会自自淬火形形成马氏氏体，在在高温

16、电电弧作用用下，合合金元素素被氧化化形成一一些氧化化物相，从从图中可可以看出出3Crr13涂涂层主要要含有Fe、CCr3O4等。2.2.66涂层截截面的SSEM分分析在本项测试试中，我我们对CCr3试样样进行了了测试，对对它的表表面涂层层及涂层层与基体体的界面面形貌在在不同放放大倍数数下进行行了观察察，如图图244、图255，通过过观察分分析了以以下几个个方面：（1）粒子子基本上上都呈椭椭圆状，互互相交错错成波浪浪式叠加加在一起起，层状状结构较较明显；大图23 3Crr13涂涂层的XX射线衍衍射图谱谱部分粒子变变形充分分，只是是颗粒大大小不同同，整体体还是以以小颗粒粒分布居居多，涂涂层和结结构

17、中有有变形粒粒子相、氧氧化物相相和孔隙隙；涂层层都比较较致密。（2）涂层层与基体体结合良良好，结结合界面面上没有有较大的的氧化物物、孔隙隙与夹杂杂；涂层层组织结结构外部部到基体体内部基基本一致致；基体体表面凹凹凸不平平，粗化化效果较较理想，表表明实际际的喷砂砂处理是是可行的的。（3）在涂涂层的SSEM图图上进行行观察均均可以发发现：涂涂层中存存在明显显的孔隙隙（如图图中黑点点部分），但但不存在在大的气气孔；孔孔隙基本本上出现现在粒子子的交界界处，这这说明不不完全重重叠是涂涂层孔隙隙形成的的主要因因素。孔孔隙率的的测定方方法通常常有直接接称重法法、金相相检查法法等，本本实验采采用目测测的金相相检

18、查法法，目测测结果都都小于110%，表表明该工工艺设计计合理，喷喷涂时操操作正确确，制备备出的涂涂层是满满足要求求的。2.2.77结论（1）影响响涂层性性能稳定定性的工工艺参数数主要是是电弧电电流，随着电电弧电流流增大，涂层耐耐磨性增增强且涂涂层抗拉拉强度稳稳定性增增加。当当电弧电电流一定定时，喷喷涂距离离过大或或过小都都不利于于涂层性性能的稳稳定性。（2）电压压过低，喷喷涂过程程不连续续，涂层层结合强强度降低低；电压压提高，喷喷涂粒子子颗粒尺尺寸增大大，粒子子散射也也增大，导导致涂层层表面粗粗糙，降降低了涂涂层的硬硬度，耐耐磨性下下降。在在保证电电弧稳定定的前提提下，应应综合选选择合适适的电压压值。（3）为了了得