一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料，制備方法依次包括如下步驟：(1)用銅鋁合金粉末和自熔合金粉末均勻混合制得熱噴涂混合粉末，該混合粉末中元素質(zhì)量百分數(shù)為銅80～85％，鋁9～14％，鎳3.8～4.3％，鉻0.5～1.5％，鐵0.5～1.5％，硼、硅和碳元素各為0～2％的比例準備熱噴涂混合粉末；(2)對工件表面進行處理；(3)對工件預熱，溫度為250～300℃；(4)對工件表面熱噴涂打底層；(5)打底層表面熱噴涂步驟(1)中的熱噴涂混合粉末；(6)重熔處理后冷卻，置于350～550℃下保溫1～2小時時效處理，冷卻后得到涂層。該涂層具有較高的耐磨性和硬度。
【專利說明】一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的熱噴涂高鋁青銅涂層均采用銅鋁合金粉末進行噴涂，在噴涂過程中粉末中鋁的含量會因為燒損，氧化而降低，導致合金涂層中硬化相不足而硬度降低，涂層耐磨性比較差。合金粉體粒子不能充分熔化，粒子的之間的冶金結(jié)合性能也較差，組織和性能不均勻。此外大多數(shù)熱噴涂高鋁青銅合金涂層在實施噴涂之后不再進行后續(xù)處理，沒有最大程度發(fā)揮復雜鋁青銅通過相變沉淀強化涂層作用，因而涂層的硬度不高，耐磨性不夠，遠遠達不到相同成分的塊體高鋁青銅的性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料，該涂層具有較高的耐磨性和硬度，適用于不銹鋼制品成形模具的表面涂層，異質(zhì)對磨材料表面的減摩耐磨涂層以及密封涂層材料。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層材料，用銅鋁合金粉末和自熔合金粉末均勻混合制得熱噴涂混合粉末，該混合粉末中元素質(zhì)量百分數(shù)為銅80?85%，鋁9?14%，鎳3.8?4.3%，鉻0.5?1.5%，鐵0.5?1.5%，硼、硅和碳元素各為O?2%。
[0005]利用上述涂層材料制備耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的方法，依次包括如下步驟:
[0006](I)用銅鋁合金粉末和自熔合金粉末均勻混合制得熱噴涂混合粉末，該混合粉末中元素質(zhì)量百分數(shù)為銅80?85%，鋁9?14%，鎳3.8?4.3%，鉻0.5?1.5%，鐵0.5?
1.5%，硼、硅和碳元素各為O?2%的比例準備熱噴涂混合粉末；；將熱噴涂混合粉末經(jīng)過球磨研磨均勻，使熱噴涂混合粉末顆粒的平均粒徑尺寸為15?35 μ m ;
[0007](2)對待噴涂的工件表面進行噴砂處理，粗化工件表面；
[0008](3)采用外熱方式對工件表面進行預熱，預熱溫度控制在250?300°C ；
[0009](4)采用熱噴涂的方式對工件表面預噴涂打底層，打底層粉末為商用鋁包鎳噴涂粉末，粉末顆粒平均粒徑尺寸為15?35 μ m,打底層厚度控制在40 μ m以下；
[0010](5)打底層表面熱噴涂步驟(I)中的熱噴涂混合粉末，噴涂距離10?50cm，涂層平均厚度控制在1.5?1.8mm ；
[0011](6)將噴涂后的涂層進行重熔處理后冷卻，然后將工件置于350?550°C下保溫I?2小時進行時效處理，隨爐冷卻后得到耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層。
[0012]優(yōu)選地，步驟(5)中的所述熱噴涂為火焰噴涂、等離子噴涂或超音速噴涂。
[0013]優(yōu)選地，所述重熔處理的熱源可以是氧乙炔焰火焰、等離子熱源，激光掃描或者感應(yīng)加熱熱源，重熔后的冷卻方式采用空冷。
[0014]優(yōu)選地，所述時效處理是在保護氣氛或者無氧化氣氛下進行的。
[0015]所述工件的材料包括碳鋼，合金鋼，銅基合金材料。
[0016]本發(fā)明提供了一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，將銅鋁合金粉末和自熔合金粉末經(jīng)過合理配比制得均勻混合熱噴涂粉末，在熱噴涂過程中由于混合粉末中自熔合金的作用，可以將銅鋁合金混合粉中的合金元素進行合金化，涂層經(jīng)過重熔冷卻后造成涂層中合金元素的過飽和固溶，再經(jīng)過時效強化處理后涂層的硬度升高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明所提供的火焰噴涂復合銅鋁合金涂層表面的電鏡照片；
[0018]圖2為本發(fā)明所提供的火焰噴涂復合銅鋁合金涂層截面的電鏡照片。

【具體實施方式】
[0019]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0020]實施例1
[0021](I)按照如下質(zhì)量百分比的組分準備熱噴涂混合粉(每個元素的含量均為其在整個熱噴涂混合粉中的含量):先準確稱取銅鋁合金粉末，其中銅含量為85%，鋁含量為9%，然后加入含有鎳4.3%，鉻0.5%，鐵0.5%，硼0.3%、硅0.2%和碳0.2%的自熔合金粉末，再將混合后的粉末用球磨研磨均勻，控制粉末的平均粒徑為15?35μπι后待用。
[0022](2)用規(guī)格為60 X 18 X 5mm的45鋼試樣作為基體工件，對其表面進行噴砂處理，粗化工件表面。
[0023](3)對工件表面進行火焰預熱，預熱溫度控制在250?300°C ；
[0024](4)在工件表面用火焰噴涂預噴涂打底層，預噴涂打底粉末為商用鋁包鎳噴涂粉末，粉末顆粒平均粒徑尺寸15?35 μ m,打底層厚度控制在40 μ m以下；
[0025](5)打底層表面熱噴涂步驟(I)中的熱噴涂混合粉末，噴涂距離10cm，涂層平均厚度控制在1.5?1.8mm;氧氣和燃料氣之比為1.3:1，得到的涂層經(jīng)檢測硬度為250?300HV。
[0026](6)將噴涂后的涂層進行重熔處理，重熔熱源采用氧乙炔焰火焰，處理后進行空氣冷卻，然后將工件置于550°C下保溫I小時進行時效處理，時效處理在保護氣氛中進行，隨爐冷卻后得到耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層，經(jīng)檢測維氏硬度達400?450HV。
[0027]火焰噴涂復合銅鋁合金涂層表面的電鏡照片如圖1所示，火焰噴涂復合銅鋁合金涂層截面的電鏡照片如圖2所示。
[0028]實施例2
[0029](I)按照如下質(zhì)量百分比的組分準備熱噴涂混合粉(每個元素的含量均為其在整個熱噴涂混合粉中的含量):先將準確稱取銅鋁合金粉末，其中銅含量為80%，鋁含量為14%，然后加入含有鎳3.8%，鉻1.5%，鐵0.5%，硼0.1 %、硅0.05%和碳0.05%的自熔合金粉末，再將混合后的粉末用球磨研磨均勻，控制粉末的平均粒徑為15?35 μ m后待用。
[0030](2)用規(guī)格為Φ 120 X 35mm的高碳高鉻鋼作為基體工件，對其表面進行噴砂處理，粗化工件表面。
[0031](3)對工件表面進行火焰預熱，預熱溫度控制在250?300°C ；
[0032](4)在工件表面用火焰噴涂預噴涂打底層，預噴涂打底粉末為商用鋁包鎳噴涂粉末，粉末顆粒平均粒徑尺寸15?35 μ m,打底層厚度控制在40 μ m以下；
[0033](5)打底層表面熱噴涂步驟(I)中的熱噴涂混合粉末，噴涂距離50cm，涂層平均厚度控制在1.5?1.8mm ;氧氣和燃料氣之比為1.4:1，得到的涂層經(jīng)檢測硬度為250?300HV。
[0034](6)將噴涂后的涂層進行重熔處理，重熔熱源采用感應(yīng)加熱熱源，處理后進行空氣冷卻，然后將工件置于350°C下保溫2小時進行時效處理，時效處理在保護氣氛中進行，隨爐冷卻后得到耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層，經(jīng)檢測維氏硬度達400?450HV。
[0035]實施例3
[0036](I)按照如下質(zhì)量百分比的組分準備熱噴涂混合粉(每個元素的含量均為其在整個熱噴涂混合粉中的含量):先將準確稱取銅鋁合金粉末，其中銅含量為82%，鋁含量為10 %，然后加入含有鎳4 %，鉻0.5 %，鐵1.5 %，硼I %、硅0.5 %和碳0.5 %的自熔合金粉末，再將混合后的粉末用球磨研磨均勻，控制粉末的平均粒徑為15?35μπι后待用。
[0037](2)用規(guī)格為60 X 18 X 5mm的45鋼試樣作為基體工件，對其表面進行噴砂處理，粗化工件表面。
[0038](3)對工件表面進行火焰預熱，預熱溫度控制在250?300°C ；
[0039](4)在工件表面用火焰噴涂預噴涂打底層，預噴涂打底粉末為商用鋁包鎳噴涂粉末，粉末顆粒平均粒徑尺寸15?35 μ m,打底層厚度控制在40 μ m以下；
[0040](5)打底層表面熱噴涂步驟(I)中的熱噴涂混合粉末，噴涂距離30cm，涂層平均厚度控制在1.5?1.8mm ;氧氣和燃料氣之比為1.4:1，得到的涂層經(jīng)檢測硬度為250?300HV。
[0041](6)將噴涂后的涂層進行重熔處理，重熔熱源采用等離子熱源，處理后進行空氣冷卻，然后將工件置于450°C下保溫1.5小時進行時效處理，時效處理在保護氣氛中進行，隨爐冷卻后得到耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層，經(jīng)檢測維氏硬度達400?450HV。
[0042]以上對本發(fā)明所提供的一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法及涂層材料進行了詳細介紹。本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想。應(yīng)當指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，其特征在于，依次包括如下步驟: (1)用銅鋁合金粉末和自熔合金粉末均勻混合制得熱噴涂混合粉末，該混合粉末中元素質(zhì)量百分數(shù)為銅80?85 %，鋁9?14 %，鎳3.8?4.3 %，鉻0.5?L 5 %，鐵0.5?1.5%，硼、硅和碳元素各為O?2%的比例準備熱噴涂混合粉末；將熱噴涂混合粉末經(jīng)過球磨研磨均勻，使熱噴涂混合粉末顆粒的平均粒徑尺寸為15?35 μ m ; (2)對待噴涂的工件表面進行噴砂處理，粗化工件表面； (3)采用外熱方式對工件表面進行預熱，預熱溫度控制在250?300°C； (4)采用熱噴涂的方式對工件表面預噴涂打底層，打底層粉末為商用鋁包鎳噴涂粉末，粉末顆粒平均粒徑尺寸為15?35 μ m,打底層厚度控制在40 μ m以下； (5)在打底層表面熱噴涂步驟(I)中的熱噴涂混合粉末，噴涂距離10?50cm，涂層平均厚度控制在1.5?1.8mm ； (6)將噴涂后的涂層進行重熔處理后冷卻，然后將工件置于350?550°C下保溫I?2小時進行時效處理，隨爐冷卻后得到耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述熱噴涂為火焰噴涂、等離子噴涂或超音速噴涂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，其特征在于，步驟(6)中重熔處理的熱源可以是氧乙炔焰火焰、等離子熱源，激光掃描或者感應(yīng)加熱熱源，重熔后的冷卻方式采用空冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，其特征在于，步驟(6)中時效處理是在保護氣氛或者無氧化氣氛下進行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層的制備方法，其特征在于，所述工件的材料包括碳鋼，合金鋼，銅基合金材料。
6.一種耐磨熱噴涂復合銅鋁合金涂層材料，其特征在于，用銅鋁合金粉末和自熔合金粉末均勻混合制得熱噴涂混合粉末，該混合粉末中元素質(zhì)量百分數(shù)為銅80?85%，鋁9?14%，鎳3.8?4.3%，鉻0.5?L 5%，鐵0.5?L 5%，硼、硅和碳元素各為O?2%。
【文檔編號】C22C9/01GK104233179SQ201410520792
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】陳大川, 曾鵬, 謝光榮 申請人:廣東澳利堅建筑五金有限公司, 廣東工業(yè)大學