[发明专利]提高涂层与工件结合力的电接触强化装置和方法

说明书

技术领域

本发明属大脉冲电流强化各种导电涂层技术领域，特别是涉及一种提高涂层与工件结合力的电接触强化装置和方法。

背景技术

工件表面形成涂层的方法有很多种，如喷涂，电镀，气相沉积等，但在较多情况下，涂层与工件之间形成机械物理结合，涂层与工件间的结合力弱，使用过程中容易剥落，影响使用寿命。

目前，相关电接触强化表面研究主要集中在以下几个方面：

一是以西北工业大学超高温结构复合材料实验室为代表的瞬态电能表面强化法，它是通过电极与工件之间瞬态放电，利用放电能量使电极材料向基体扩散、迁移，以实现局部基体表面熔化、合金化和涂覆，获得表面硬质薄层化合物[2]。

二是以西北工业大学材料科学与工程系为代表的局域气氛下电接触瞬态热源表面强化法[3]，它通过一个转动的导体滚轮和基体材料间的接触电阻来快速加热它们的接触区域，并且使被加热区域处于保护性气氛中，以达到对基体材料表面的改性，使基体材料表面形成一层极薄类似淬火组织的耐蚀、耐磨的强化层。

三是以石家庄工业泵厂为代表的电接触表面淬火法[4]，它主要是两导体以很小的面积相接触时产生很大的接触电阻，所消耗的电能产生接触电热，使导轨表面产生局部高温，此温度可达到基体金属的相变温度。由于金属导热性良好，在移开电极后，利用导体本身自然散热或空冷等措施，使被加热部位迅速冷却，从而达到淬火的目的。

国外研究电接触表面强化主要有以下几种：

一是俄罗斯和白俄罗斯的电接触触热焊。利用接触电阻流经电流时产生的热量，通过热压制、压力烧结和压力焊接等方式直接把粉末材料熔覆在零件表面。强化层气孔率较高，均匀性不好。

二是西澳大利亚大学G.W.Stachowiak和南洋理工大学A.W.Batchelor为代表的电接触表面沉积强化[6]，它是利用电极与工件接触面的电阻热，使熔点不高于基体的电极材料发生熔融，并向基体扩散、迁移，在基体表面形成耐蚀、耐磨的强化涂层。这种强化方法主要用处是在铁合金基体上沉积有色金属。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高导电涂层与工件结合力的电接触强化技术，以使涂层与基体结合界面处由机械嵌合转变为冶金结合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种提高涂层与工件结合力的电接触强化装置，主要由电气控制部分、电极移动加压部分、转速控制部分及零件转动部分组成。其转动部分与静止部分的导电部件主要是在导电滑环的基础上加装导电薄铜板来实现大电流的输送。电极的横纵向移动部分主要是横纵向螺纹进给机构，并通过加装绝缘垫片及绝缘板来实现对电流的绝缘。零件夹紧部分通过把导电部分材料转换成绝缘材料来实现对电流的绝缘。电极的转动通过与之相接触的试样的转动来带动。

一种提高涂层与工件结合力的电接触强化方法，包括下列步骤：

(1)在金属材料基体上喷涂上合金或硬质合金涂层，将其置于所述的电接触强化装置上；

(2)使零件以1转/8～100秒的速度转动，电极通过与零件相互接触实现相对运动；

(3)对被强化零件施加500～600N的压力，然后通电流；

(4)在电极压力作用下，利用接触电阻流经脉冲电流时产生的热量，使涂层与基体发生熔融扩散。

所述的电极为直径为100mm的钨铜电极。

所述的电流为10～19KA。

本发明装置的电极移动加压部分用于实现耐高温，高导电性电极的横向及纵向移动，并对强化工件实现加压。

工件转动部分用于实现各种工件转速控制，传递电流。

取普通钢与铸铁等导电材料为基体，涂上一定厚度的导电涂层，在压力作用下，通10000-19000A的电流，利用接触电阻发热使涂层与基体由机械嵌合转变为冶金结合。有益效果

本发明可极大的提高热喷涂涂层与基体的结合能力，使涂层由机械嵌合变为冶金结合。

附图说明

图1为电极移动加压装置。

图中：1纵向进给螺纹杆  2绝缘套筒  3横向进给螺纹杆  4下绝缘板  5上绝缘板6绝缘垫片  7垫片  8电流输入机构  9滚动轴承座  10电极  11固定螺钉

图2为转动与静止部分的导电连接机构

图中  12机架  13导电滑环  14紫铜垫片  15辅助电缆  16输入电流紫铜板17弹簧  18绝缘垫片

图3为零件转动装置。

图中：19皮带轮  20机架  21夹紧机构  22导电铜棒  23轴承座  24电流输入机构