电爆炸喷涂技术用于模具表面强化的研究
杨新海,计亚平,许 岚等
锻压技术
模具失效形式主要有磨损失效、疲劳失效、冷热疲劳失效、断裂失效等,而这些失效多发生在模具表面,提高了模具型腔表面硬度、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳和抗高温氧化性能,也就延长了模具的使用寿命。为此人们提出了许多方法来进行模具的表面强化[1-6]。电爆炸喷涂技术是近几年引起关注的一项新的表面强化技术。电爆炸喷涂是在一定的气体环境下,对爆炸材料施加直流高电压,使其在瞬间爆炸,金属粒子以极高的速度喷射,与基体碰撞变形后快速冷却而形成涂层[7-9]。特点: (1)由于利用了高密度的电能,所以喷涂材料可以是任何高熔点金属、合金和金属陶瓷; (2)喷涂过程在金属丝气体中完成,合金元素烧损少,氧化率低; (3)孔隙率低,结合强度高; (4)没有使用任何气体,因此比较安全、成本低,操作简便[7]。针对模具的失效形式,选用2Cr13作为喷涂材料,因为它具有提高模具寿命所需要的性能,即较高的硬度和耐磨性、抗疲劳性、抗蚀性、收缩小以及较好的加工性。
摘要:采用电爆炸喷涂技术,将商用材料2Cr13喷涂在生物质能材料固化颗粒成形模具表面,通过对涂层进行扫描电镜、能谱分析、强度试验可知, 2Cr13经电爆炸喷涂技术在模具表面形成的涂层致密、无微裂纹、空洞较少、合金元素烧损少、与基体结合强度高。将这种经电爆炸喷涂强化后的生物质颗粒成形模具用于生产考核,寿命可提高一倍。试验与生产考核的结果为人们采用“普通钢+电爆炸喷涂表面强化”工艺代替用昂贵的模具钢来制作模具提供了依据。
关键词:电爆炸喷涂; 2Cr13合金;模具;表面强化
1 试验设备与方法
电爆喷涂设备由高压直流电源、储能电容器、三电极开关、喷腔组成。把喷涂材料置于喷腔内,与RLC电路串联。原理图和爆炸腔示意图见图1和图2。喷涂材料2Cr13,尺寸Ф2 mm×72 mm;基体Q235钢,尺寸30 mm×70 mm×5 mm,基体喷砂处理,达到Sa3标准,彻底清除表面的油脂油污,并使其具有一定粗糙度。在大气环境下喷涂,喷涂电压4000 V,喷涂距离100 mm,喷涂3次。
2 试验结果与分析
2·1 涂层微观结构
图3为涂层表面形貌SEM照片,由图可知:涂层表面无微观裂纹,空洞较少。裂纹少就大大减少了在复杂应力条件下的应力集中,减缓微裂纹的发生以及扩展,延长模具使用寿命。图4为涂层截面扫描电镜照片,由图可知:涂层致密、孔隙率低、无贯穿涂层至基体的裂纹,虽喷涂3次,但涂层各层之间以及涂层与基体之间结合紧密。这是因为熔融颗粒具有很高的动能使其有充分的能量进行变形,进而和基体或已凝固的涂层形成紧密结合。
2·2 界面结合情况
要使得涂层在复杂的力学和热学环境下长期可靠的保护基体,必须使得涂层与基体有很好的结合强度。从涂层、过渡层与基体的成分分析见图5，成分含量见表1。涂层部分的元素含量即区域1表明涂层氧化少和合金元素烧损少,这对涂层保持材料本身的特性很重要。另外,对比发现:涂层和过渡层成分变化明显,其中区域2的Cr元素含量介于涂层区域的谱图1与基体区域的谱图3之间,说明涂层到基体的结合部分存在元素扩散现象,而元素扩散现象在涂层与基体只有机械锚合时是不会出现的,只有在冶金结合时才会出现,说明涂层与基体之间除了传统的机械结合之外确实存在着更为紧密的冶金结合,这在一定程度上提高了结合强度。由以上分析可知,涂层无微观裂纹为在复杂力学和热学条件下为延缓裂纹的发生与扩展提供了有力保证;与基体结合紧密,将保证涂层在恶劣工况条件下能够长期的保护基体免受损害;涂层氧化少,合金元素烧损少说明喷涂材料在喷涂前后性能变化不大,保证了涂层性能。
2·3 生产考核
为了解决其耐磨性问题,对压轮表面喷涂耐磨涂层,如图6所示。首先对要喷涂的外圆表面进行喷砂处理,达到Sa3最好彻底清理级,彻底清除表面的油脂油污,并使其具有一定粗糙度。为了避免清洁的表面被污染,应在最短时间内进行喷涂。根据实际生产使用情况,在不显著提高成本条件下压轮寿命提高了一倍左右,从而提高了设备整体使用寿命,减少了设备维修成本。
3 结论
2Cr13材料本身的特性决定了它具有较高的硬度和耐磨性、抗疲劳性、抗蚀性、收缩小以及较好的加工性。通过电爆炸喷涂技术把它可靠、致密的涂覆在模具型腔表面,可以对型腔表面起到长期、可靠的强化作用,因此使用“普通钢+电爆炸喷涂表面强化”工艺,代替模具钢是可行的,在合理使用材料、节约贵重金属、提高模具使用寿命、降低模具制造成本等方面具有十分重要的意义。
图略
参考文献略
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
