一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：輸出電壓為80～110V，比強化時間為0.8～1.4min/cm2，保護氣體流量為1.5～2.5L/min。采用本發(fā)明所述方法制備得到的鎳基合金強化層的組織結構致密，缺陷少，摩擦系數(shù)低，耐磨性能優(yōu)異，磨損量低。
【專利說明】一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋼的表面強化層的制備方法，具體涉及一種鎳基合金強化層的電 火花沉積方法。

【背景技術】
[0002] 表面強化是改善機械零件和構件表面性能，提高疲勞強度和耐磨性能的工藝方 法。表面強化有時還能提高耐腐蝕性能。承受載荷的零件表面常處于最大應力狀態(tài)，并在 不同的介質環(huán)境中工作。因此，零件的失效和破壞也大多發(fā)生在表面或從表面開始，如在零 件表層引入一定的殘余壓應力，增加表面硬度，改善表層組織結構等，就能顯著地提高零件 的疲勞強度和耐磨性。
[0003] 金屬表面電火花沉積技術是近期發(fā)展起來的新技術，是在傳統(tǒng)工藝基礎上發(fā)展起 來的新工藝。電火花沉積工藝是將電源存儲的高能量電能，在金屬電極（陽極）與金屬母 材（陰極）間瞬間高頻釋放，通過電極材料與母材間的空氣電離，形成通道，使母材表面產 生瞬間高溫、高壓微區(qū)；同時離子態(tài)的電極材料在微電場的作用下融滲到母材基體，形成冶 金結合。經(jīng)過電火花沉積處理的金屬母材表層能形成高硬度、高耐磨、抗腐蝕和紅硬性好的 沉積層。它的力學性能和化學性能超過鋼材的原始表面性能，從而顯著提高設備及一些易 磨損零件的使用壽命。電火花沉積工藝在工業(yè)生產的許多部門的應用日益廣泛，其經(jīng)濟效 益也日漸凸現(xiàn)。
[0004] 由于鎳基合金具有優(yōu)異的耐磨、抗熱、抗蝕和抗氧化等一系列性能，在工程中的應 用日趨廣泛。為獲得高質量的電火花強化層，最大限度地提升強化層的性能，本發(fā)明以鎳基 合金電火花強化層為研究對象，研究了電火花沉積中的電參數(shù)、比強化時間和氬氣流量等 工藝參數(shù)對鎳基合金強化層摩擦學性能的影響規(guī)律，提供了一種電火花沉積工藝，為合理 地選擇與控制電火花沉積工藝參數(shù)，制備高耐磨強化層提供理論依據(jù)和技術支持。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法得到的 鎳基合金強化層的摩擦系數(shù)低，且耐磨性能十分優(yōu)異。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：
[0007] -種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0009] 輸出電壓為80?110V，比強化時間為0. 8?I. 4min/cm2,保護氣體流量為1. 5? 2.5L/min〇
[0010] 輸出電壓為80?110V，強化層的組織結構致密，摩擦系數(shù)低，磨損失重低，耐摩 擦性能十分優(yōu)異。所述輸出電壓例如為82V、84V、88V、92V、96V、100V、105V、108V。為了避 免強化層中氣孔、微裂紋等缺陷的產生，提高鎳基合金強化層的耐磨性能，選擇輸出電壓為 80?IlOV最為理想。 toon] 隨著比強化時間的延長，強化層內反復遭受加熱，冷卻，加熱的熱循環(huán)，產生了很 大的熱應力和組織應力，導致強化層內熱疲勞裂紋和孔洞的產生，故比強化時間的延長，造 成強化層在摩擦過程中極易微觀斷裂而加劇磨損，所制備的強化層耐磨性能較低。本發(fā)明 所述比強化時間為0. 8?I. 4min/cm2,選擇該比強化時間，強化層的耐磨性能十分優(yōu)異。所 述比強化時間例如為 〇· 85min/cm2、0. 90min/cm2、0. 95min/cm2、l. 00min/cm2、l. 05min/cm2、 Llmin/cm2、l. 2min/cm2、l. 3min/cm2。
[0012] 保護氣體流量過小，不足以形成良好的保護，電火花沉積中鎳基合金易氧化，影響 強化層質量，故強化層磨損表面出現(xiàn)了嚴重的凹凸不平現(xiàn)象，并有大塊剝落痕跡。保護氣體 流量過大，雖然避免了材料的氧化現(xiàn)象，但沉積過程中會在基體表面產生反彈后而形成紊 流，并將空氣卷入保護區(qū)后使強化層內部產生微裂紋及孔洞等缺陷，降低了強化層組織結 構的致密性，故摩擦過程中造成微觀斷裂，加劇了磨損。本發(fā)明所述保護氣體流量為1.5? 2. 5L/min，例如L6L/min、l. 7L/min、l. 8L/min、l. 9L/min、2. 0L/min、2.lL/min、2. 2L/min、 2. 3L/min、2. 4L/min。當保護氣體流量適量時（I. 5?2. 5L/min)，保護氣體起到了良好的保 護作用：一方面可有效地避免了強化層的氧化；另一方面，通過向強化點吹入具有冷卻作 用的保護氣體流，使表面強化區(qū)域產生微觀淬火強化效果，使強化層的組織致密均勻，氣孔 率小，結合強度高，故耐磨性能優(yōu)異，其磨損機制主要是微觀切削磨損。
[0013] 優(yōu)選地，所述保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣或氬氣中的任意一種或者至少兩種的混 合物，優(yōu)選氦氣。
[0014] 優(yōu)選地，所述輸出電壓為83?107V，優(yōu)選85?105V。
[0015] 優(yōu)選地，所述比強化時間為0. 85?I. 32min/cm2,優(yōu)選0. 88?I. 26min/cm2。
[0016] 優(yōu)選地，所述保護氣體流量為L65?2. 35L/min，優(yōu)選L75?2. 25L/min。
[0017] 優(yōu)選地，電極旋轉速度為2300?2600r/min，優(yōu)選2320?2550r/min，進一步優(yōu)選 2400 ?2500r/min。
[0018] 優(yōu)選地，輸出功率為1000?1200W，優(yōu)選1050?1150W，進一步優(yōu)選1100W。
[0019] 優(yōu)選地，所述強化層的厚度為0· 5?2mm，優(yōu)選0· 8?I. 6mm，進一步優(yōu)選I. 2mm。
[0020] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0021] 采用本發(fā)明所述方法制備得到的鎳基合金強化層的組織結構致密，缺陷少，摩擦 系數(shù)低，耐磨性能優(yōu)異，磨損量低。

【具體實施方式】
[0022] 為更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術方案，本發(fā)明的典型但非限制性的 實施例如下：
[0023] 實施例1
[0024] -種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0025] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0026] 輸出電壓為80V，比強化時間為0. 8min/cm2,保護氣體流量為I. 5L/min。所述保護 氣體為氮氣，電極旋轉速度為2300r/min，輸出功率為1000W，所述強化層的厚度為0. 5mm。
[0027] 實施例2
[0028] -種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0029] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0030] 輸出電壓為110V，比強化時間為I. 4min/cm2,保護氣體流量為1. 5?2. 5L/min。所 述保護氣體為氬氣，電極旋轉速度為2600r/min，輸出功率為1200W，所述強化層的厚度為 2mm〇
[0031] 實施例3
[0032] -種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0033] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0034] 輸出電壓為100V，比強化時間為I. 2min/cm2,保護氣體流量為2L/min。所述保護 氣體為氦氣，電極旋轉速度為2400r/min，輸出功率為1100W，所述強化層的厚度為1mm。
[0035] 實施例4
[0036] -種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0037] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0038] 輸出電壓為90V，比強化時間為I.lmin/cm2,保護氣體流量為I. 8L/min。所述保護 氣體為氮氣，電極旋轉速度為2350r/min，輸出功率為1050W，所述強化層的厚度為I. 2mm。
[0039] 實施例5
[0040] 一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，所述方法包括如下步驟：
[0041] 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為：
[0042] 輸出電壓為85V，比強化時間為0. 9min/cm2,保護氣體流量為2. 2L/min。所述保護 氣體為氮氣，電極旋轉速度為2340r/min，輸出功率為1200W，所述強化層的厚度為0. 5mm。
[0043] 摩擦學性能試驗在HT-500型摩擦磨損試驗機上進行。試驗條件為室溫（25°C)、滑 動干摩擦，環(huán)境相對濕度為RH60% ;載荷7. 5N，速度為4m/s，試驗時間為25min，上試樣為直 徑為4_的氮化硅陶瓷球，下試樣為實施例1?5得到的鎳基合金強化層。
[0044] 如表1所示為鎳基合金強化層測試結果
[0045]表1
[0046]

【權利要求】
1. 一種鎳基合金強化層的電火花沉積方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 用電火花沉積儀將鎳基合金涂敷于鋼表面，電火花沉積的工藝參數(shù)為： 輸出電壓為80?110V，比強化時間為0. 8?1. 4min/cm2,保護氣體流量為1. 5?2. 5L/ min〇
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣或氬氣中 的任意一種或者至少兩種的混合物，優(yōu)選氬氣。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述輸出電壓為83?107V，優(yōu)選85? 105V。
4. 如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述比強化時間為0. 85?1. 32min/ cm2,優(yōu)選 0· 88 ?1. 26min/cm2。
5. 如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述保護氣體流量為1. 65?2. 35L/ min,優(yōu)選 L 75 ?2. 25L/min〇
6. 如權利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，電極旋轉速度為2300?2600r/min， 優(yōu)選 2320 ?2550r/min，進一步優(yōu)選 2400 ?2500r/min。
7. 如權利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，輸出功率為1000?1200W，優(yōu)選 1050 ?1150W，進一步優(yōu)選 1100W。
8. 如權利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述強化層的厚度為0. 5?2mm，優(yōu) 選0· 8?1. 6_，進一步優(yōu)選1. 2mm。
【文檔編號】C23C26/02GK104278271SQ201310294879
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權日:2013年7月12日
【發(fā)明者】李飛 申請人:無錫成博科技發(fā)展有限公司