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水泵知识

离心泵零件熔覆修复

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    熔结技术可以制备各种玻璃陶瓷或合金涂层。熔结涂层工艺可以单独采用,也可与电镀、喷涂等其他工艺配合使用。早在20世纪40年代,美国专利U.S.2361 962就发表了用火焰或加热炉来熔结处理火焰喷涂的NiCrBSi合金涂层,使之致密化并与基体结合牢固的方法。自此以后,熔结工艺逐步发展成为独立的涂层工艺。本节主要介绍真空熔结技术。
    (1)真空熔结的基本原理
    真空熔结合金涂层工艺是一种现代表面冶金新技术,其作用是改变基体材料工作表面的成分与组织,从而得到能够满足耐磨、耐蚀等各种使用要求的物理化学性能。形成涂层的过程是在一定真空度条件下,把足够而集中的热能作用于基体金属的涂覆表面,在很短的时间内使预先涂覆在基体表面上的涂层合金料熔融并浸润基体表面,开始了涂层与基体之间的扩散互溶与界面反应,待扩散互溶到一定程度后就会在涂层与基体的内界面形成一条狭窄的互溶区。冷凝时涂层与互溶区一起重结晶,并与基体牢固结合在一起。从熔融、浸润、扩散、互溶以至重结晶的整个过程就是表面冶金的全部过程。
    (2)真空熔结的工艺过程
①零件待修表面的准备  零件待修表面需预加工、清洗、除油、去污,以改善零件表而日淦皂的润温.
②调制料浆、涂覆  料浆是由一定的涂层材料与胶黏剂混合而成。胶黏剂须采用不含灰分的有机物,如汽油橡胶溶液、树脂、糊精或松香油等。例如用松香油作胶黏剂的料浆的成分是由94%的合金粉与6%的松香油(松香油是由1份重量的松香溶解在3份重量的松节油中)调制而成。调制好的料浆涂覆到零件的表面,在80℃的烘箱中烘干,出炉后整修形。
    ③熔结  在非氧化气氛中或低真空(10-6~10-5 MPa)的钼丝炉中熔结,以便获得致密的合金涂层。
  ④熔结后加工。
  (3)熔结方法
  ①炉熔法  在真空或氧气中以电阻元件为辐射加热源的炉中熔结是应用较多的一种熔结方法。真空环境不仅对涂层合金与金属基体有防氧化保护作用,而且在涂层合金粉熔化时容易排除熔融体中的气体夹杂而得到比较致密的合金涂层。当涂层粉料中含有Al或Ti等活性元素时,真空度需高于1×10-8 MPa(1×10_mmHg);而熔结一般粉料时真空度只需1×10_MPa(1×10—2 mmHg)。炉熔法的优点是简便易行,适用于对各种形状金属部件进行高质量涂层,缺点是对基体有中等程度的热影响。
   钼丝加热炉真空系统它包括电动机、真空泵、电磁阀、隔离阀等。
    真空加热炉的电源可根据涂层和修复零件的需要选用一般加热炉用变压器。按低真空熔结工艺要求选定:交流输入220V,50Hz;交流输出,空载0~40V,工作电压0- 35V,电流调节范围0-500A。
    控制系统是真空加热炉、真空系统的控制中枢,设有各种开关及保护装置等。
    ②感应熔结法  例如把20钢内燃机挺杆的顶部置于直径40mm的感应圈中,顶部凹槽内盛满化学组成(质量分数)为C 0.95%、8 3.5%、Cr 26%、Si 4%、Fe l%、其余Ni的NiCrBSi合金粉,在合金粉上再覆盖硼砂,如图5—28所示。当挺杆顶部受感应加热时,硼砂首先熔融起到了焊剂的保护作用,继续升温至1200℃左右时,涂层合金粉熔融,数秒钟后即对挺杆淬冷。冷凝后合金涂层的硬度可高达60-'一62HRC。如用合金铸铁粉(质量分数)C 3.3%、Si 2.3%、Cr1.0%、Ni 0.45%、Mn 0.75%、M0 0.5%、S<0.1%、P<0.1%代替NiCrBSi,也可得到60HRC左右的硬度。感应熔结法一般只适用于较小圆形部件的上表面进行熔结,涂层质量也难免有少量气孔夹杂,但对基体的热影响较小。
    ③装盒熔结法  在F-48Nb合金或Ta-20W合金基体上先电镀一层A9,再浸涂Al-11Si料浆,待干燥后悬置在一个因康镍盒子中,待盒内充满氧气或抽成真空之后,送人炉中加热到1038℃进行熔结,形成NbAl或TaAl3合金涂层,而A9和Si则以固溶体方式取代了MAl3中的部分Al原子。这种涂层克服了一般Al基涂层的脆性,而且有很高的抗氧化寿命。镀A9层还可避免盒内残余氧气对基体的氧化浸蚀。
    ④电子束或激光熔结法  能够产生极高热流的高密度能源,如电子束或激光束已逐步应用于熔结工艺,并有效克服了对基体的热影响问题。用一台10kW的COz激光装置,聚焦激光束的熔化带宽度调节为11.4mm,在钢板基体上熔结厚约0.25mm的NiCrBSi合金涂层,只要合理地确定激光束的功率与扫描速度,就可熔结涂层而使基体受热影响极小。激光熔结速率极高,涂层中的气孔率和氧化物夹杂也少得多,而且涂层的厚度与密度均匀性也好得多。
    激光束除了可对已经喷涂好的涂层进行熔结处理之外,也可把载有涂层合金粉的氧气流与激光束一起打到基体表面上,形成合金涂料的熔池,扫描之后,冷凝成结合牢固的合金涂层。在高真空条件下,用聚焦电子束扫描也可熔结类似的合金涂层。由于注入电子束
能量的85%~95%可被基体吸收,所以电子束是一种比激光束效率更高的聚焦能源。但因电子束能量的稳定性较差,不可能产生均匀的熔融带,所以电子束熔结不如激光熔结均匀。
    (4)熔结过程中的几个问题
    ①熔结过程中涂层合金的润湿性  修复层形成过程中,以修复层材料在基体表面上能不能润湿为其前提条件,若液态合金层在零件表面不能润湿,则不可能形成修复层。表5-13是在真空度10MPa的情况下常用涂层合金对不同基体的润湿情况。
    表5-13  常用涂层合金对基体金属的润湿情况
    涂层合金
    基本金属
    润湿情况
    涂层合金
    基本金属
    润湿情况
    Ni-Cr-B81A
    21-4N
  4Crl0Si2MO
  18Cr2Ni4WA
    38CrSi
    渗碳层
    镀铬层
    镀铁层
    一般
    良好
    良好
    良好
    不好
    不好
    很好
  Ni04
  18Cr2Ni4WA
    38CrSi
    渗碳层
    良好
    良好
    不好
C0-50
  21-4N
  4Crl0Si2Mo
    镀铁层
  一般
    良好
    很好
 
    润湿性的好坏,除取决基体金属的性质外,亦与熔结时的介质有关。在真空或氧气保护介质下润湿良好,而在空气介质中则可能润湿性不好。润湿性的好坏与基体表面的活化状况有关,基体表面愈易生成钝化膜,则愈难润湿。所以为了改善零件表面的润湿性,需要对零件表面进行预处理,或者在待修表面镀上3~5μm的镀铁层。
    ②熔结过程及基本反应  为了减小熔结过程加热对基体金属性能的影响,应在保证涂层合金充分自流的前提下,尽量采用较低的熔结温度和较短的熔结时间。柴油机排气阀门应用Ni-Cr-Si自熔性合金粉末的涂层熔结温度曲线。涂层厚度为12~15mm。
    整个熔结过程可分为三个阶段:松香挥发阶段、合金熔化阶段和凝固冷却阶段。在松香挥发阶段(温升至400℃以前),要求温升较慢,以防止由于温升过快,松香挥发过于激烈而使涂层崩落(当涂层薄时,温升可适当加快)。温度升至900℃以上时,涂料中有液相出现,随着温度继续升高,液相将继续增多,以至涂料充分并完全润湿基体金属表面。应当指出,充分熔融并不是完全熔融,充分熔融时,涂料中还有相当一部分合金仍以固态存在。所以涂层的熔结温度一般处在涂层合金的液相线与固相线温度之间。在涂层合金充分熔融并润湿基体表面的同时,就伴随涂层合金与基体金属之间的扩散互溶,并形成牢固的涂层,熔结加热终止。随后便为涂层的冷凝阶段。
    ③熔结温度对互溶区的影响  自熔性合金均有较宽的熔结温度范围。例如Ni-Cr-B-Si-81涂层合金在4Cr1OSi2M0排气阀面上的熔结涂层,在1090~1130℃的温度区间内均能得到成形良好而致密的涂层。熔结温度的高低对互溶区有较大的影响,熔结温度愈高,互溶区愈宽。Ni-Cr-B-Si-81涂层合金在4CrlOSi2M0基体上,熔结温度分别为l090℃和1130℃,用电子探针进行分析的互溶区Ni、Fe两元素的分布曲线。
   在熔结温度升高后,互溶区加宽,大量的Fe从基体扩散到涂层合金中。经金相分析表明,在涂层中出现了不希望出现的针状相,影响了合金的性能。因此,在保证涂层合金充分熔融与基体金属扩散互溶的前提下,熔结温度愈低愈好。当然,熔结温度不能过低,因为过低的温度不能保证涂层合金的充分熔融,也不能使涂层合金与基体之间扩散互溶,使涂层与基体的结合强度降低,形成多孔疏松的涂层。

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