一種秸稈壓塊模具表面強化工藝
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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進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 文獻標識碼：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設備，壓塊模具的快速磨損成為其推廣應用的主要障礙。針對目前秸稈壓塊模具磨損問題的現狀，通過大量調研與試驗研究，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手段，對壓塊模具進行局部表面強化的工藝。
1 超音速火焰噴涂的原理及設備選擇
超音速火焰噴涂是利用丙烷、丙烯等碳氫系燃氣或航空煤油、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生高溫高壓焰流，速度高達1500 m/s以上，溫度可達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，并加速到高達300～500 m/s，甚至更高的速度，從而獲得結合強度高、致密的高質量涂層。
本次強化工藝選擇的設備是DF-3000超音速火焰噴涂系統，該系統制備涂層性能超過一般系統的制備性能，系統工作可靠穩定，適用于噴涂金屬、金屬陶瓷及合金涂層，涂層致密且結合性能優異。該系統由DF-3000型噴槍、DF-3000型控制柜和送粉器及冷卻系統構成，通過氧氣助燃和丙烷、丙烯等燃氣燃燒產生超音速火焰。使用水冷的方式進行制冷，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。DF-3000超音速火焰噴涂技術的特點是焰流速度極快，可達到2100 m/s，比其它熱噴涂工藝的焰流速度快5～7倍。可以保證涂層與基體結合良好，噴涂后外觀表面均勻、光滑、致密、無開裂、無脫落等現象。
2 合金粉末的選擇
根據壓塊模具的工況，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行考慮。目前應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 工件表面預處理
工件表面預處理包括兩方面：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。
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行除銹、去油污處理即可。表面采用噴砂工藝進行粗化，砂料采用14～16目金剛砂對工件表面進行噴砂，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，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。可以用耐熱的玻璃布或石棉來屏蔽，如果批量進行強化時，也可以按零件開模制作相應的夾具保護。
3.2 噴涂作業
（1）將設備系統通電并啟動總電源，打開氣源，同時啟動冷卻循環水系統。
（2）確定氫氣已同系統連接并打開，壓力設定為0.35 MPa，按下“凈化”按鈕2～3 s，清洗噴槍內膛，并檢查有無漏水的情況發生。
（3）按下“點火”按鈕1～2 s，檢查點火發生器有無放電現象。如無，查找故障原因，并排除。重復按下“點火”，直至見到放電現象。
（4）將兩位旋鈕旋至“預熱”一側。
（5）按下“啟動”按鈕，直至點火成功。如點火失敗，重復啟動。
（6）待超音速火焰在設定參數并穩定后，將兩位旋鈕旋至“噴涂”一側，同時調節送粉器至適當參數，約為38～50 g/min，送粉量過大或過小都可能影響噴涂質量。
（7）開始對噴砂后的工作面進行噴涂作業，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，應采用快速多次噴涂法，每噴完一次利用厚度儀對噴涂層進行厚度測量，保證噴涂厚度達到規定要求。
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，通常進行封孔處理，封孔處理的方法根據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，不斷調整方案及參數，最終確定。經裝機實驗證明，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業的發展助力。
參考文獻：
[1] 黃建洪.農機耐磨零件的硬度設計[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用[J].材料導報，2011（10）.
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