一種秸稈壓塊模具表面強化工藝

李廣志 李吉生

摘 要：闡述一種以利用碳化鎢合金粉末，通過超音速火焰噴涂技術(shù)進(jìn)行局部表面強化的工藝。表面強化后的壓塊模具通過裝機實驗證明，其能夠在很大程度上提升模具的耐磨度，從而延長其使用壽命。

關(guān)鍵詞：壓塊模具;碳化鎢;超音速噴涂;表面強化

中圖分類號：S226 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.043

0 引言

秸稈壓塊機作為秸稈燃料的主要生產(chǎn)設(shè)備，壓塊模具的快速磨損成為其推廣應(yīng)用的主要障礙。針對目前秸稈壓塊模具磨損問題的現(xiàn)狀，通過大量調(diào)研與試驗研究，確定了一種利用碳化鎢合金粉末，以超音速火焰噴涂的技術(shù)手段，對壓塊模具進(jìn)行局部表面強化的工藝。

1 超音速火焰噴涂的原理及設(shè)備選擇

超音速火焰噴涂是利用丙烷、丙烯等碳?xì)湎等細(xì)饣蚝娇彰河?、酒精等液體燃料與高壓氧氣在燃燒室或特殊的噴嘴中燃燒產(chǎn)生高溫高壓焰流，速度高達(dá)1500 m/s以上，溫度可達(dá)3000 ℃以上。噴涂時將粉末沿軸向或徑向送入火焰中，可以將噴涂粒子加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并加速到高達(dá)300～500 m/s，甚至更高的速度，從而獲得結(jié)合強度高、致密的高質(zhì)量涂層。

本次強化工藝選擇的設(shè)備是DF-3000超音速火焰噴涂系統(tǒng)，該系統(tǒng)制備涂層性能超過一般系統(tǒng)的制備性能，系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定，適用于噴涂金屬、金屬陶瓷及合金涂層，涂層致密且結(jié)合性能優(yōu)異。該系統(tǒng)由DF-3000型噴槍、DF-3000型控制柜和送粉器及冷卻系統(tǒng)構(gòu)成，通過氧氣助燃和丙烷、丙烯等燃?xì)馊紵a(chǎn)生超音速火焰。使用水冷的方式進(jìn)行制冷，送粉氣體使用氮氣。在整個點火過程中，加入氫氣，使點火更易實現(xiàn)。DF-3000超音速火焰噴涂技術(shù)的特點是焰流速度極快，可達(dá)到2100 m/s，比其它熱噴涂工藝的焰流速度快5～7倍?？梢员ＷC涂層與基體結(jié)合良好，噴涂后外觀表面均勻、光滑、致密、無開裂、無脫落等現(xiàn)象。

2 合金粉末的選擇

根據(jù)壓塊模具的工況，強化工藝合金粉末的選擇主要從耐磨性和耐腐蝕性兩方面進(jìn)行考慮。目前應(yīng)用于超音速火焰噴涂的合金粉末，以含有碳化鎢的合金粉末耐磨性最好，碳化鎢合金粉末又分為鐵基、鎳基等，雖然鐵基粉末其價格具有一定優(yōu)勢，但其耐腐蝕性相對鎳基粉末相差很多。鎳基碳化鎢合金粉末主要是指在鎳基自熔性合金的基礎(chǔ)上添加了碳化鎢粉末，使其具有更好的耐磨性能。鎳基自熔性合金粉末主要是指鎳鉻硼硅合金和鎳硼硅合金，此類合金的熔點低，自熔性好，具有良好的耐磨、耐蝕、耐熱和抗氧化等優(yōu)點。本次強化工藝通過多次試驗，從粉末性能和價格等因素綜合考慮，最終確定為鎳基碳化鎢含量為30%的合金粉末。

3 強化工藝實施流程

3.1 工件表面預(yù)處理

工件表面預(yù)處理包括兩方面：一是噴涂面的表面清理和表面粗化，二是非噴涂部位的保護(hù)。

噴涂面的表面清理，由于基體為新加工工件，采用砂紙和清洗劑對噴涂面進(jìn)行除銹、去油污處理即可。表面采用噴砂工藝進(jìn)行粗化，砂料采用14～16目金剛砂對工件表面進(jìn)行噴砂，噴砂后檢查有無缺陷，并保證表面干燥、無灰塵。

非噴涂部位的保護(hù)，由于噴涂槍嘴噴射輻面較大，對于這種小工件的局部強化，必須考慮除噴涂部位外一定范圍的保護(hù)?？梢杂媚蜔岬牟ＡР蓟蚴迊砥帘危绻窟M(jìn)行強化時，也可以按零件開模制作相應(yīng)的夾具保護(hù)。

3.2 噴涂作業(yè)

（1）將設(shè)備系統(tǒng)通電并啟動總電源，打開氣源，同時啟動冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。

（2）確定氫氣已同系統(tǒng)連接并打開，壓力設(shè)定為0.35 MPa，按下“凈化”按鈕2～3 s，清洗噴槍內(nèi)膛，并檢查有無漏水的情況發(fā)生。

（3）按下“點火”按鈕1～2 s，檢查點火發(fā)生器有無放電現(xiàn)象。如無，查找故障原因，并排除。重復(fù)按下“點火”，直至見到放電現(xiàn)象。

（4）將兩位旋鈕旋至“預(yù)熱”一側(cè)。

（5）按下“啟動”按鈕，直至點火成功。如點火失敗，重復(fù)啟動。

（6）待超音速火焰在設(shè)定參數(shù)并穩(wěn)定后，將兩位旋鈕旋至“噴涂”一側(cè)，同時調(diào)節(jié)送粉器至適當(dāng)參數(shù)，約為38～50 g/min，送粉量過大或過小都可能影響噴涂質(zhì)量。

（7）開始對噴砂后的工作面進(jìn)行噴涂作業(yè)，保證工件距噴槍出口190～230 mm，為保證涂層表面平整、光潔、致密、均勻，應(yīng)采用快速多次噴涂法，每噴完一次利用厚度儀對噴涂層進(jìn)行厚度測量，保證噴涂厚度達(dá)到規(guī)定要求。

3.3 噴涂后處理

由于噴涂后的涂層孔隙率約占體積的百分之五，而且有的孔隙可由表及里。因而，通常進(jìn)行封孔處理，封孔處理的方法根據(jù)工件的使用工況而定。對于秸稈壓塊模具來說，其工作時主要受到秸稈的摩擦力，封孔只需在噴涂后趁熱將零件放在潤滑油中，封口的同時還能利用孔隙儲油，有利于潤滑。

4 結(jié)論

該秸稈壓塊模具表面強化工藝，通過多次裝機試驗，不斷調(diào)整方案及參數(shù)，最終確定。經(jīng)裝機實驗證明，這種利用碳化鎢合金粉末，采用超音速火焰噴涂進(jìn)行局部表面強化的工藝，能夠使壓塊模具的使用壽命超過600 h，相當(dāng)于目前市場尚未通過強化處理模具壽命的2～3倍，因而該工藝的推廣可為秸稈壓塊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展助力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃建洪.農(nóng)機耐磨零件的硬度設(shè)計[J].金屬熱處理，2001（26）.

[2] 路陽，丁明輝，王智平，等.超音速火焰噴涂研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報，2011（10）.