Cu—Al—MoS2復(fù)合粉末在等離子噴涂中的應(yīng)用

劉澤林等

摘 要：等離子噴涂技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)，根據(jù)不同的用途選用合適的噴涂材料來(lái)增加零件表面的硬度、耐磨性、潤(rùn)滑性等機(jī)械性能，從而提高零件的壽命。Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末因?yàn)槠溆休^高的力學(xué)和化學(xué)性能以及特殊的自潤(rùn)滑性在等離子和火焰噴涂中占據(jù)重要的位置，本文通過(guò)實(shí)例來(lái)闡述Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末的等離子噴涂工藝、噴涂參數(shù)、噴涂后性能等。

關(guān)鍵詞；等離子噴涂 Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末 性能

中圖分類號(hào)：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0078-01

前言機(jī)械零部件因?yàn)轭l率較高的反復(fù)運(yùn)動(dòng)以及承受較大的摩擦力，從而磨損快，需要頻繁維修更換，比如活塞桿、軸承、軸瓦等，更換新的部件成本較高且頻繁更換影響工作時(shí)間。為增加此類零部件的壽命，采用表面處理已經(jīng)成為行業(yè)手段，諸如表面淬火、表面噴涂等技術(shù)，其中運(yùn)用等離子噴涂技術(shù)來(lái)增加零部件表面的性能已經(jīng)成為提高零部件壽命的主要手段之一。Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末因其有良好的耐磨性、自潤(rùn)滑性而成為于各種零部件的表面噴涂材料。

1 Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末

Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末是由Cu、Al及MoS2組成的復(fù)合粉，通過(guò)冶金手段制成。Cu和Al在噴涂后形成鋁青銅型基體，鋁青銅比其它青銅有更高的力學(xué)性能、耐磨、耐蝕、耐寒、耐熱、無(wú)磁性。同時(shí)Al有放熱的作用，從而增加噴涂層與基體或噴涂層與打底層間的結(jié)合強(qiáng)度。MoS2是也稱高級(jí)固體潤(rùn)滑劑，具有石墨型六方晶體結(jié)構(gòu)，有著優(yōu)異的自潤(rùn)滑功能，其摩擦系數(shù)僅為0.05～0.09，且其化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性皆好，在很多溶劑中都特別穩(wěn)定。Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層具有含氧量低、收縮率小、結(jié)構(gòu)致密、與基體結(jié)合強(qiáng)度高、自潤(rùn)滑性能好等特點(diǎn)，是一種理想的噴涂材料。

Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末成份為：Al：8%～10%，MoS2：6%～8%，余量為Cu，粉末粒度范圍：-115+325目。

2 噴涂前準(zhǔn)備

2.1 試件準(zhǔn)備

噴涂試件：六組（12件）經(jīng)過(guò)機(jī)械加工后及熱處理的45#鋼棒料，直徑為φ25± 0.05 mm，長(zhǎng)度為200 mm，表面粗糙度 0.8 Ra/μm，硬度HRC35～38。

將試件用四氯化碳徹底清洗干凈，保證試件表面無(wú)油污及其它雜質(zhì)。

2.2 試件噴砂

用-100目白剛玉或棕剛玉砂（HRC=70

～90）對(duì)試件基體進(jìn)行噴砂，選用型號(hào)為的噴砂機(jī)對(duì)試件噴砂，噴砂后的試件表面凹凸不平，通過(guò)放大鏡觀察，試件表面出現(xiàn)類似峰頂與峰谷的形狀，無(wú)限小的峰頂呈尖點(diǎn)，噴涂打底層時(shí)的溫度將尖點(diǎn)熔化與打底層粉末結(jié)合到一起，形成冶金結(jié)合，增加了結(jié)合強(qiáng)度。噴砂的目就是激活試件基體表面，增加基體與涂層的結(jié)合力。

3 噴涂打底層

3.1 打底層

打底層也稱過(guò)渡層，其作用就是粘接基體和工作層，所以打底層的材料必須與基體和工作層皆有很強(qiáng)的結(jié)合力。

3.2 打底層粉末

打底層選用鋁包鎳復(fù)合粉，鋁包鎳復(fù)合粉的涂層有較高的內(nèi)聚力、結(jié)合強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度，并且在噴涂時(shí)放出大量反應(yīng)熱，對(duì)鋼鐵及其它很多材料都具有自粘性，是一種理想的打底層粉末。鋁包鎳復(fù)合粉成份為：Al：20%，Ni：80%。粉末粒度范圍：-150+325目。

3.3 噴涂打底層

選用型號(hào)為GDP-80W的高能等離子噴涂機(jī)，將基體預(yù)熱到90～120 ℃，噴涂距離控制在125 mm，噴涂期間基體溫度小于 200 ℃，噴涂時(shí)間持續(xù)3 h，噴涂厚度0.2 mm。

3.4 打底層與基體結(jié)合強(qiáng)度

依據(jù)JB/T 7509-94國(guó)標(biāo)，對(duì)其中三組試件進(jìn)行拉力試驗(yàn)。首先將試件端面用車床車到露出全部金屬光澤，選用型號(hào)為FM1000的固定膠將試件兩兩端面粘接，用型號(hào)為美國(guó)INSTRON3669的拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，三組試件的測(cè)試結(jié)果為：1# 46.80 MPa；2#48.56 MPa；3#47.60 MPa，平均值為：47.65 MPa，該數(shù)值完全符合等離子噴涂打底層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

4 噴涂工作層

4.1 工作層

工作層就是零部件與外界接觸而受力、不斷磨損或者受到高低溫度及腐蝕的部位，所以工作層必須有較高的耐磨、耐蝕及力學(xué)性能。同時(shí)大部分工作層需要有良好的潤(rùn)滑性能，從而保證工作時(shí)零部件間運(yùn)行順暢，最大限度地降低摩擦，增大壽命。

4.2 工作層粉末

工作層選用Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末。

4.3 噴涂工作層

將噴涂打底層后的剩余三組試件進(jìn)行工作層噴涂，選用型號(hào)為GDP-80W的高能等離子噴涂機(jī)，將基體預(yù)熱到100 ℃左右，噴涂距離控制在125 mm，層間溫度小于150℃，噴涂機(jī)功率設(shè)定32 kw，送粉量為 1.5 kg/h，氣體壓力控制在4 kgf/cm2，噴涂時(shí)間持續(xù)3 h，噴涂厚度1.2 mm。

4.4 噴涂層的性能

首先對(duì)結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)行拉力試驗(yàn)，同打底層步驟相同，將三組試件加工后進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果為：4#36.50 MPa；5#34.40 MPa；6#32.60 MPa，平均值為：34.50 MPa，該結(jié)合強(qiáng)度完全滿足使用要求，不會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。

5 Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層與Cu鍍層的比較

在機(jī)械行業(yè)在有一種傳統(tǒng)表面處理方法就是鍍銅，經(jīng)鍍銅后的零件增加了耐磨性，并且銅的質(zhì)地較軟，對(duì)接觸的其它部件減小損傷。但由于該工藝的局限性，鍍層僅能達(dá)到0.03 mm，磨損較快，更換頻繁，從而增加了成本并消耗大量的時(shí)間。Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層不僅有鍍銅層的所有優(yōu)點(diǎn)，而且其涂層可以達(dá)到2 mm左右，耐磨性比鍍銅層高出很多倍，其獨(dú)特的自潤(rùn)滑性能充分降低與接觸部件的摩擦，同時(shí)Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層有5%的孔隙度，孔隙的作用就是儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，當(dāng)共有不足或缺油時(shí)可避免機(jī)械部件的損壞，此外Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層還有較大的減震緩沖作用，所以Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末涂層的壽命比鍍銅層高很多。

6 結(jié)論

Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末在等離子噴涂中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，其優(yōu)異的性能深受工業(yè)制造者的青睞，隨著等離子噴涂技術(shù)的不斷發(fā)展，Cu-Al-MoS2復(fù)合粉末一定有廣闊的運(yùn)用空間。

參考文獻(xiàn)

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