旋转件热喷涂方法 【技术领域】
本发明涉及表面处理技术领域，特别涉及对旋转件热喷涂的喷涂工艺。
背景技术
热喷涂技术作为表面技术的一个重要组成部分，具有其特有的优越性，越来越受重视。涂层的结合强度、耐磨性和耐蚀性等，但是对有些旋转弯曲的零部件除了上述的性能要求外，其疲劳性能也是必须考虑的。也就是热喷涂涂层对基体的疲劳强度的影响如何以及如何改善其影响。
现有的旋转件热喷涂方法基本是：前处理采用喷砂处理，结合去油等清洗，然后进行喷涂。由于采用喷砂前处理，涂层与基体的结合界面为粗糙表面，也是应力集中的地方，造成疲劳裂纹源的快速形成与生长，从而使涂层基体的疲劳强度明显下降。此外，涂层与基体的结合处存在一定的残余应力，预应力一般为拉应力状态，这是由于热喷涂过程中涂层与基体材料的热膨胀系数不一样以及组织应力造成的。残余拉应力地存在也加速了疲劳裂纹的扩展，造成了涂层基体的疲劳强度快速下降。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种旋转件热喷涂方法，涂层后可提高旋转件表面硬度；涂层后不影响基体的疲劳强度。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：旋转件热喷涂方法，包括如下步骤：
a)基体表面预压，对基体表面施加一定的预压应力，在基体次表面层形成压应力层，阻止疲劳裂纹源的形成与扩展；
b)基体表面清洗，去油等；
c)基体表面拉毛处理，使基体表面形成多个微小突起；
d)打底层，在基体表面喷涂材料；
e)在底层上再喷涂喷涂材料形成工作层，以提高工件耐磨性及抗腐蚀性；
f)涂层，采用高速电弧或高速火焰喷涂涂层。
其中，所述的步骤a基体表面预压采用辊挤压方式，使基体表面及次表面层产生一定厚度的压应力层，有利于提高基体的疲劳强度；
所述的步骤c基体表面拉毛处理采用电火花方式处理，在基体表面形成凸点，提高基体表面粗糙度及涂层与基体的结合强度，此外改变了疲劳应力扩展途征，从而改善了涂层基体的疲劳强度。
所述的步骤d的喷涂材料为NiAl、NiCr或FeCrAl，喷涂NiAl等合金有利于提高涂层与基体的结合强度，降低了涂层与基体结合处残余应力。
所述的步骤e的喷涂材料Mo、3Cr13、2Cr13。
本发明的有益效果：
本发明的实施，使热喷涂涂层基体的疲劳强度不降反升，特别适用于需要考虑疲劳强度的零部件。
【具体实施方式】
实施例参见表1、表2。
涂层的机械性能结果见表3、表4、表5，在喷砂(对比例1、2)的情况下，热喷涂涂层的涂层基体的疲劳强度(215MPa)明显低于基体本身的疲劳强度(317MPa)，其原因在于，从材料力学观点看，疲劳强度的过程可以分为三个阶段：即疲劳裂纹的形成、疲劳裂纹的扩大及瞬时断裂。从疲劳试样断口分析可以看出：涂层基体的疲劳裂纹源形成于涂层与基体的结合界面而并非于试样表面(即涂层表面)。由于采用喷砂前处理，涂层与基体的结合界面为粗糙表面，也是应力集中的地方，造成疲劳裂纹源的快速形成与生长，从而使涂层基体的的疲劳强度明显下降。此外，涂层与基体的结合处存在一定的残余应力，预应力一般为拉应力状态，这是由于热喷涂过程中涂层与基体材料的热膨胀系数不一样以及组织应力造成的。残余拉应力的存在也加速了疲劳裂纹的扩展，造成了涂层基体的疲劳强度快速下降。
实施例1试样的疲劳强度(307.5MPa)明显高于对比例1试样的疲劳强度(215MPa)，说明通过电火花拉毛处理明显好于喷砂粗化处理。从材料力学及应力分布情况看，由于电火花拉毛处理后，在原基体上形成很多的凸点，不象喷砂在原基体上形成很多的凹点，改变了应力扩展方向，从而改善了涂层基体的疲劳强度。
表1前处理工艺 喷涂材料喷涂方法对比例1喷砂Sa Mo高速电弧喷涂对比例2喷砂Sa Mo高速电弧喷涂实施例1未喷砂+电火花拉毛粗化+打底层(NiAl) Mo高速电弧喷涂实施例2未喷砂+预应力电火花拉毛粗化+打底层(NiAl) Mo高速电弧喷涂
表2 实施例 喷涂材料喷涂电压V喷涂电流A 喷涂距离 mm 空气压力 MPa 1 Mo 31 100 100～150 0.63 2 Mo 34 200 100～150 0.63 3 Mo 34 150 100～150 0.63
表3 涂层结合强度范围 (MPa) 空隙率％ 实施例1 41.5 10 实施例2 42.5 10 对比例1 41.3 5 对比例2 35.8 10
表4 疲劳强度(MPa) 基体 317 实施例1 307.5 实施例2 319.5 对比例1 215 对比例2 285
表5 喷涂材料 涂层结合强度范围 (MPa) 涂层基体的疲劳强度 (MPa) Mo 35.8～45.3 215～320 3Cr13 33.5～45.0 210～285 2Cr13 35.0～45.5 210～300