一种秸秆压块模具表面强化工艺

    李广志 李吉生

    摘 要：阐述一种以利用碳化钨合金粉末，通过超音速火焰喷涂技术进行局部表面强化的工艺。表面强化后的压块模具通过装机实验证明，其能够在很大程度上提升模具的耐磨度，从而延长其使用寿命。

    关键词：压块模具;碳化钨;超音速喷涂;表面强化

    中图分类号：S226 ? ? ? ?文献标识码：A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.043

    0 引言

    秸稈压块机作为秸秆燃料的主要生产设备，压块模具的快速磨损成为其推广应用的主要障碍。针对目前秸秆压块模具磨损问题的现状，通过大量调研与试验研究，确定了一种利用碳化钨合金粉末，以超音速火焰喷涂的技术手段，对压块模具进行局部表面强化的工艺。

    1 超音速火焰喷涂的原理及设备选择

    超音速火焰喷涂是利用丙烷、丙烯等碳氢系燃气或航空煤油、酒精等液体燃料与高压氧气在燃烧室或特殊的喷嘴中燃烧产生高温高压焰流，速度高达1500 m/s以上，温度可达3000 ℃以上。喷涂时将粉末沿轴向或径向送入火焰中，可以将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，并加速到高达300～500 m/s，甚至更高的速度，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层。

    本次强化工艺选择的设备是DF-3000超音速火焰喷涂系统，该系统制备涂层性能超过一般系统的制备性能，系统工作可靠稳定，适用于喷涂金属、金属陶瓷及合金涂层，涂层致密且结合性能优异。该系统由DF-3000型喷枪、DF-3000型控制柜和送粉器及冷却系统构成，通过氧气助燃和丙烷、丙烯等燃气燃烧产生超音速火焰。使用水冷的方式进行制冷，送粉气体使用氮气。在整个点火过程中，加入氢气，使点火更易实现。DF-3000超音速火焰喷涂技术的特点是焰流速度极快，可达到2100 m/s，比其它热喷涂工艺的焰流速度快5～7倍。可以保证涂层与基体结合良好，喷涂后外观表面均匀、光滑、致密、无开裂、无脱落等现象。

    2 合金粉末的选择

    根据压块模具的工况，强化工艺合金粉末的选择主要从耐磨性和耐腐蚀性两方面进行考虑。目前应用于超音速火焰喷涂的合金粉末，以含有碳化钨的合金粉末耐磨性最好，碳化钨合金粉末又分为铁基、镍基等，虽然铁基粉末其价格具有一定优势，但其耐腐蚀性相对镍基粉末相差很多。镍基碳化钨合金粉末主要是指在镍基自熔性合金的基础上添加了碳化钨粉末，使其具有更好的耐磨性能。镍基自熔性合金粉末主要是指镍铬硼硅合金和镍硼硅合金，此类合金的熔点低，自熔性好，具有良好的耐磨、耐蚀、耐热和抗氧化等优点。本次强化工艺通过多次试验，从粉末性能和价格等因素综合考虑，最终确定为镍基碳化钨含量为30%的合金粉末。

    3 强化工艺实施流程

    3.1 工件表面预处理

    工件表面预处理包括两方面：一是喷涂面的表面清理和表面粗化，二是非喷涂部位的保护。

    喷涂面的表面清理，由于基体为新加工工件，采用砂纸和清洗剂对喷涂面进行除锈、去油污处理即可。表面采用喷砂工艺进行粗化，砂料采用14～16目金刚砂对工件表面进行喷砂，喷砂后检查有无缺陷，并保证表面干燥、无灰尘。

    非喷涂部位的保护，由于喷涂枪嘴喷射辐面较大，对于这种小工件的局部强化，必须考虑除喷涂部位外一定范围的保护。可以用耐热的玻璃布或石棉来屏蔽，如果批量进行强化时，也可以按零件开模制作相应的夹具保护。

    3.2 喷涂作业

    （1）将设备系统通电并启动总电源，打开气源，同时启动冷却循环水系统。

    （2）确定氢气已同系统连接并打开，压力设定为0.35 MPa，按下“净化”按钮2～3 s，清洗喷枪内膛，并检查有无漏水的情况发生。

    （3）按下“点火”按钮1～2 s，检查点火发生器有无放电现象。如无，查找故障原因，并排除。重复按下“点火”，直至见到放电现象。

    （4）将两位旋钮旋至“预热”一侧。

    （5）按下“启动”按钮，直至点火成功。如点火失败，重复启动。

    （6）待超音速火焰在设定参数并稳定后，将两位旋钮旋至“喷涂”一侧，同时调节送粉器至适当参数，约为38～50 g/min，送粉量过大或过小都可能影响喷涂质量。

    （7）开始对喷砂后的工作面进行喷涂作业，保证工件距喷枪出口190～230 mm，为保证涂层表面平整、光洁、致密、均匀，应采用快速多次喷涂法，每喷完一次利用厚度仪对喷涂层进行厚度测量，保证喷涂厚度达到规定要求。

    3.3 喷涂后处理

    由于喷涂后的涂层孔隙率约占体积的百分之五，而且有的孔隙可由表及里。因而，通常进行封孔处理，封孔处理的方法根据工件的使用工况而定。对于秸秆压块模具来说，其工作时主要受到秸秆的摩擦力，封孔只需在喷涂后趁热将零件放在润滑油中，封口的同时还能利用孔隙储油，有利于润滑。

    4 结论

    该秸秆压块模具表面强化工艺，通过多次装机试验，不断调整方案及参数，最终确定。经装机实验证明，这种利用碳化钨合金粉末，采用超音速火焰喷涂进行局部表面强化的工艺，能够使压块模具的使用寿命超过600 h，相当于目前市场尚未通过强化处理模具寿命的2～3倍，因而该工艺的推广可为秸秆压块产业的发展助力。

    参考文献：

    [1] 黄建洪.农机耐磨零件的硬度设计[J].金属热处理，2001（26）.

    [2] 路阳，丁明辉，王智平，等.超音速火焰喷涂研究与应用[J].材料导报，2011（10）.