[发明专利]一种金属表面电接触强化涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电接触表面强化加工技术，具体为一种利用接触电能在金属基体表面熔覆合金粉末涂层的表面强化方法，属于材料表面强化技术领域。

背景技术

磨损是金属构件的主要失效形式之一，在各个工业部门，许多机械装置在其正常使用过程中，表面间会经常发生接触、冲蚀等等，造成模具表层一定程度的磨损、剥落，久而久之，构件会因过度磨损、接触疲劳而失效。当前解决方法之一是在金属构件表面制备一层强化涂层以提高其耐磨损性能。

制备强化涂层的方法很多，如激光涂覆、热喷涂等高能量密度热源在表面强化技术方面的研究与应用，但是这些技术都存在着一定程度不足。热喷涂的涂层与基体为机械结合，结合强度不高。激光涂覆虽然可以达到冶金结合，但是涂层内容易形成裂纹，表面质量不高，还需进一步进行后续表面处理，而且还要考虑表面对激光能量的吸收效率的问题。

针对涂层与基体材料结合强度不高的问题，专利号为200810203166.8的中国专利公开一种提高涂层与工件结合力的电接触强化装置和方法。这种方法的原理就是使大脉冲电流通过强化涂层与电极之间，金属表面涂层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以达到冶金结合的目的。这种专利技术可以提高热喷涂后的涂层与金属基体的结合方式。但以涂层制备方法角度看，采用热喷涂方式，有些涂层粉末材料在重复热影响过程中容易发生晶粒长大或氧化脱碳，使涂层性能降低，而且喷涂过程中噪音较大，粉尘污染大。这种方法操作也不够简便，涂层粉末浪费严重，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的问题是：涂层粉末材料在喷涂过程中的性能降低、热喷涂方法不够简便、过程噪音大并且涂层粉末浪费严重，成本较高。

为了解决上述问题，本发明提供一种在金属表面电接触强化涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)：对金属表面进行粗化、清洁去垢的预处理；

2)：采用机械搅拌法将涂层粉末材料与粘结剂浆液制成预涂覆层的液态涂料；

3)：将步骤2)制得的液态涂料预置在金属表面形成预涂覆层；

4)：电接触强化预涂覆涂层：在压力的作用下，以电接触热将预置的涂覆层熔覆在金属表面，最终在基体表面制备获得高硬度、高耐磨性的涂层。

优选地，所述步骤2)中的涂层粉末材料为碳化钨类硬质合金粉末。

优选地，所述步骤2)中的粘结剂浆液的溶质为醋酸纤维素和羧甲基纤维素钠中的任意一种或两种；溶剂为乙二醇、丙酮、乙醇和蒸馏水中的任意一种或几种。

优选地，所述步骤3)具体为：用空气喷枪将液态涂料喷覆在所述的金属基体表面形成预涂覆层；预涂覆层形成后，直接强化或加热干燥后强化。

电接触熔覆技术是直接利用电能的高密度能量对金属的表面进行涂层熔覆处理的工艺，该技术成本投入低，涂层与基体结合良好，并且由于强化时接触压力的存在，可以减少涂层内部的缺陷、提高涂层的致密度及表面质量，获得高质量的涂层，进一步达到提高硬度和耐磨性、耐蚀性的目的。

金属表面通过电接触熔覆涂层后，在金属表面形成三种与金属基体不同的金相组织，由表及里为白亮层、过渡层、热影响区、基体。其中白亮层为涂层；与白亮层靠近的是过渡层，它是涂层中的一些组成元素熔渗扩散到基体金属材料中，然后迅速冷却硬化而成；热影响区主要是由于电接触加热的高温在金属基体的温度梯度的影响作用，使金属基体的原始组织受到不同温度的影响造成的。

本发明采用涂层预喷覆的方法替代热喷涂，操作工艺简单，有效降低了噪音及粉尘污染，而且粉末可回收利用，降低了粉末的浪费。电接触强化后获得的涂层内部缺陷少、表面质量好，结合性能优，达到提高金属表面硬度、耐磨性、耐蚀性的目的。

本发明的有益效果为：

1.本发明工艺简单，成本低，粉末利用率高，制备涂层强化效果好，涂层的显微硬度高，并且强化层表面光洁、无裂纹，强化颗粒在涂层中分布均匀，强化涂层与基体呈冶金结合。

2.本发明采用的粘结剂与相对应的溶剂配比，可以使涂层粉末混合的更加均匀，形成混合均匀的液态涂料。在获得同样性能的涂层的同时，进一步简化了操作，而且粉末可回收利用，减少了粉末材料的浪费。

3.本发明采用空气喷枪将粉末悬浊液喷覆在金属基体表面，可以得到表面光洁、粉末颗粒分布均匀的预涂覆涂层。