一种镍基合金强化层的电火花沉积方法
【专利摘要】本发明涉及一种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：输出电压为80～110V，比强化时间为0.8～1.4min/cm2，保护气体流量为1.5～2.5L/min。采用本发明所述方法制备得到的镍基合金强化层的组织结构致密，缺陷少，摩擦系数低，耐磨性能优异，磨损量低。
【专利说明】一种镍基合金强化层的电火花沉积方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种钢的表面强化层的制备方法，具体涉及一种镍基合金强化层的电 火花沉积方法。
【背景技术】
[0002] 表面强化是改善机械零件和构件表面性能，提高疲劳强度和耐磨性能的工艺方 法。表面强化有时还能提高耐腐蚀性能。承受载荷的零件表面常处于最大应力状态，并在 不同的介质环境中工作。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零 件表层引入一定的残余压应力，增加表面硬度，改善表层组织结构等，就能显著地提高零件 的疲劳强度和耐磨性。
[0003] 金属表面电火花沉积技术是近期发展起来的新技术，是在传统工艺基础上发展起 来的新工艺。电火花沉积工艺是将电源存储的高能量电能，在金属电极（阳极）与金属母 材（阴极）间瞬间高频释放，通过电极材料与母材间的空气电离，形成通道，使母材表面产 生瞬间高温、高压微区；同时离子态的电极材料在微电场的作用下融渗到母材基体，形成冶 金结合。经过电火花沉积处理的金属母材表层能形成高硬度、高耐磨、抗腐蚀和红硬性好的 沉积层。它的力学性能和化学性能超过钢材的原始表面性能，从而显著提高设备及一些易 磨损零件的使用寿命。电火花沉积工艺在工业生产的许多部门的应用日益广泛，其经济效 益也日渐凸现。
[0004] 由于镍基合金具有优异的耐磨、抗热、抗蚀和抗氧化等一系列性能，在工程中的应 用日趋广泛。为获得高质量的电火花强化层，最大限度地提升强化层的性能，本发明以镍基 合金电火花强化层为研究对象，研究了电火花沉积中的电参数、比强化时间和氩气流量等 工艺参数对镍基合金强化层摩擦学性能的影响规律，提供了一种电火花沉积工艺，为合理 地选择与控制电火花沉积工艺参数，制备高耐磨强化层提供理论依据和技术支持。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法得到的 镍基合金强化层的摩擦系数低，且耐磨性能十分优异。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：
[0007] -种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0009] 输出电压为80?110V，比强化时间为0. 8?I. 4min/cm2,保护气体流量为1. 5? 2.5L/min〇
[0010] 输出电压为80?110V，强化层的组织结构致密，摩擦系数低，磨损失重低，耐摩 擦性能十分优异。所述输出电压例如为82V、84V、88V、92V、96V、100V、105V、108V。为了避 免强化层中气孔、微裂纹等缺陷的产生，提高镍基合金强化层的耐磨性能，选择输出电压为 80?IlOV最为理想。 toon] 随着比强化时间的延长，强化层内反复遭受加热，冷却，加热的热循环，产生了很 大的热应力和组织应力，导致强化层内热疲劳裂纹和孔洞的产生，故比强化时间的延长，造 成强化层在摩擦过程中极易微观断裂而加剧磨损，所制备的强化层耐磨性能较低。本发明 所述比强化时间为0. 8?I. 4min/cm2,选择该比强化时间，强化层的耐磨性能十分优异。所 述比强化时间例如为 〇· 85min/cm2、0. 90min/cm2、0. 95min/cm2、l. 00min/cm2、l. 05min/cm2、 Llmin/cm2、l. 2min/cm2、l. 3min/cm2。
[0012] 保护气体流量过小，不足以形成良好的保护，电火花沉积中镍基合金易氧化，影响 强化层质量，故强化层磨损表面出现了严重的凹凸不平现象，并有大块剥落痕迹。保护气体 流量过大，虽然避免了材料的氧化现象，但沉积过程中会在基体表面产生反弹后而形成紊 流，并将空气卷入保护区后使强化层内部产生微裂纹及孔洞等缺陷，降低了强化层组织结 构的致密性，故摩擦过程中造成微观断裂，加剧了磨损。本发明所述保护气体流量为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。当保护气体流量适量时（I. 5?2. 5L/min)，保护气体起到了良好的保 护作用：一方面可有效地避免了强化层的氧化；另一方面，通过向强化点吹入具有冷却作 用的保护气体流，使表面强化区域产生微观淬火强化效果，使强化层的组织致密均匀，气孔 率小，结合强度高，故耐磨性能优异，其磨损机制主要是微观切削磨损。
[0013] 优选地，所述保护气体为氮气、氩气、氦气或氩气中的任意一种或者至少两种的混 合物，优选氦气。
[0014] 优选地，所述输出电压为83?107V，优选85?105V。
[0015] 优选地，所述比强化时间为0. 85?I. 32min/cm2,优选0. 88?I. 26min/cm2。
[0016] 优选地，所述保护气体流量为L65?2. 35L/min，优选L75?2. 25L/min。
[0017] 优选地，电极旋转速度为2300?2600r/min，优选2320?2550r/min，进一步优选 2400 ?2500r/min。
[0018] 优选地，输出功率为1000?1200W，优选1050?1150W，进一步优选1100W。
[0019] 优选地，所述强化层的厚度为0· 5?2mm，优选0· 8?I. 6mm，进一步优选I. 2mm。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0021] 采用本发明所述方法制备得到的镍基合金强化层的组织结构致密，缺陷少，摩擦 系数低，耐磨性能优异，磨损量低。
【具体实施方式】
[0022] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的 实施例如下：
[0023] 实施例1
[0024] -种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0025] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0026] 输出电压为80V，比强化时间为0. 8min/cm2,保护气体流量为I. 5L/min。所述保护 气体为氮气，电极旋转速度为2300r/min，输出功率为1000W，所述强化层的厚度为0. 5mm。
[0027] 实施例2
[0028] -种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0029] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0030] 输出电压为110V，比强化时间为I. 4min/cm2,保护气体流量为1. 5?2. 5L/min。所 述保护气体为氩气，电极旋转速度为2600r/min，输出功率为1200W，所述强化层的厚度为 2mm〇
[0031] 实施例3
[0032] -种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0033] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0034] 输出电压为100V，比强化时间为I. 2min/cm2,保护气体流量为2L/min。所述保护 气体为氦气，电极旋转速度为2400r/min，输出功率为1100W，所述强化层的厚度为1mm。
[0035] 实施例4
[0036] -种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0037] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0038] 输出电压为90V，比强化时间为I.lmin/cm2,保护气体流量为I. 8L/min。所述保护 气体为氮气，电极旋转速度为2350r/min，输出功率为1050W，所述强化层的厚度为I. 2mm。
[0039] 实施例5
[0040] 一种镍基合金强化层的电火花沉积方法，所述方法包括如下步骤：
[0041] 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为：
[0042] 输出电压为85V，比强化时间为0. 9min/cm2,保护气体流量为2. 2L/min。所述保护 气体为氮气，电极旋转速度为2340r/min，输出功率为1200W，所述强化层的厚度为0. 5mm。
[0043] 摩擦学性能试验在HT-500型摩擦磨损试验机上进行。试验条件为室温（25°C)、滑 动干摩擦，环境相对湿度为RH60% ;载荷7. 5N，速度为4m/s，试验时间为25min，上试样为直 径为4_的氮化硅陶瓷球，下试样为实施例1?5得到的镍基合金强化层。
[0044] 如表1所示为镍基合金强化层测试结果
[0045]表1
[0046]
【权利要求】
1. 一种镍基合金强化层的电火花沉积方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 用电火花沉积仪将镍基合金涂敷于钢表面，电火花沉积的工艺参数为： 输出电压为80?110V，比强化时间为0. 8?1. 4min/cm2,保护气体流量为1. 5?2. 5L/ min〇
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护气体为氮气、氩气、氦气或氩气中 的任意一种或者至少两种的混合物，优选氩气。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述输出电压为83?107V，优选85? 105V。
4. 如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述比强化时间为0. 85?1. 32min/ cm2,优选 0· 88 ?1. 26min/cm2。
5. 如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述保护气体流量为1. 65?2. 35L/ min,优选 L 75 ?2. 25L/min〇
6. 如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，电极旋转速度为2300?2600r/min， 优选 2320 ?2550r/min，进一步优选 2400 ?2500r/min。
7. 如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，输出功率为1000?1200W，优选 1050 ?1150W，进一步优选 1100W。
8. 如权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述强化层的厚度为0. 5?2mm，优 选0· 8?1. 6_，进一步优选1. 2mm。
【文档编号】C23C26/02GK104278271SQ201310294879
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】李飞 申请人:无锡成博科技发展有限公司