一种活塞杆表面修复再制造方法

1.本发明属于金属界面处理技术领域，更具体地说，涉及一种活塞杆表面修复再制造方法。


背景技术：

2.液压缸是致动器，它将液压能转换成机械能并执行线性往复运动，其用来实行往复运动时，可免去减速装置，运行平稳。由于液压缸的活塞杆与缸筒相对运动频繁，容易造成磨损，且活塞杆是关键力传递部件，对液压缸中的活塞和工件的连接技术要求很高，其在工作时中受到拉力也很大。因此，对于活塞杆的强度、刚度、韧性有很高的要求，同时，在特殊工况下，其工作时的磨损也较大，所以还需要很耐磨。因此，需要对活塞杆的表面进行处理，增强活塞杆表面的减磨性能很有必要。
3.在现代生产中，对金属材料的表面处理技术有火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、堆焊、氧—乙炔火焰喷焊、等离子喷焊技术、电子束熔覆技术等等。其中，等离子喷焊技术可以强化材料的表面、实现表面改性，增益材料的防腐蚀、电绝缘、耐磨、耐蚀等性能。它的火焰温度高、能量大，适用的材料较为广泛，尤其适用于熔点高的材料，喷焊层与基体间可以达到冶金结合的状态，较为牢固，且此技术还采用了plc电路控制系统，易于操作，设备价格和工况环境要求不高，理论上可实现对活塞杆的表面处理，从而提高活塞杆表面的减磨性。
4.经检索，关于对金属基材进行表面处理的文献和专利已有相关公开。如，刘海英等利用等离子喷焊和激光熔覆两种方法制备fe90/wc复合涂层，结果表明在fe90合金粉末中添加碳化钨硬质颗粒，既能提高涂层的耐磨性也能提高涂层的耐蚀性。徐露露等采用等离子弧喷焊技术在q235表面制备添加纳米nb粉的铁基合金喷焊层，结果表明，添加纳米nb粉使喷焊层的硬度明显提高，同时提高了喷焊层的耐磨性，磨损机制由黏着磨损变为磨粒磨损。刘政军等
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等在等离子喷焊铁基合金中加入了nb、w、v等碳化物生成元素，发现生成了硬质碳化物相，大大提高了硬度，并且提升了耐磨性。上述文献中提供的方法对常规金属基材的表面进行处理时，能够提升金属基材的耐磨性，从而减少金属基材的磨损，延长其使用寿命，但采用上述文献记载的方案对活塞杆的表面进行处理，由于上述文献在处理过程中均不同程度地提高了处理涂层的硬度，对于活塞杆而言，由于其自身使用情况的特殊性，使用时会产生更为严重的摩擦磨损，不利于用在活塞杆表面处理中。
5.又如，中国专利申请号为：201010120568.9，申请日为：2010年3月9日，发明创造名称为：一种碳化钨钴-铜-二硫化钼自润滑耐磨涂层及其制备方法。该申请案中以碳化钨钴、铜和二硫化钼粉末为原料，采用烧结破碎法制备碳化钨钴-铜-二硫化钼复合粉末，采用大气等离子喷涂方法制得碳化钨钴-铜-二硫化钼复合涂层。该申请案中考虑到传统碳化物用于涂层时，硬度提升对于摩擦副来说并不友好，其通过额外添加铜及二硫化钼，由于添加的二硫化钼是一种优良的自润滑相，加入后能够在一定程度上改善摩擦系数和磨损率，但该申请案中仍添加有碳化钨钴，对活塞杆进行表面处理后，活塞杆在使用过程中仍不可避免地发生一定程度的摩擦磨损，间接提高了活塞杆的磨损，同样不利于对活塞杆表面进行处
理。


技术实现要素：

6.1.要解决的问题
7.本发明的目的在于克服现有液压缸的活塞杆与缸筒相对运动频繁，容易造成磨损的不足，提供了一种活塞杆表面修复再制造方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，降低活塞杆表面摩擦系数及磨损率，有利于延长活塞杆的使用寿命，提升工件使用性能。
8.2.技术方案
9.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.本发明的一种活塞杆表面修复再制造方法，包括如下步骤：
11.步骤一、配置减磨粉料；
12.步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；
13.步骤三、活塞杆表面预处理；
14.步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；
15.步骤五、保温处理；
16.步骤六、等离子喷焊处理。
17.更进一步的，步骤一中，所述减磨粉料包括mos2粉末和铁基合金自熔合金粉末，所述mos2粉末占减磨粉料总重量的1～20％。
18.更进一步的，步骤一中，所述铁基合金自熔合金粉末的化学成分质量百分比为：c0.20～2.50％；cr 16.0～20.0％；si 3.0～4.5％；b 0.8～1.2％；其余为fe。
19.更进一步的，步骤一中，所述mos2粉末的粒度范围为40～60μm；所述铁基合金自熔合金粉末的粒径为40～80μm。
20.更进一步的，步骤二中，将配置好的减磨粉料进行充分球磨混匀1.5～2h，倒入丙酮润湿，并加入火棉胶搅拌均匀，得到料浆。
21.更进一步的，步骤三中，对活塞杆表面进行去脂和喷砂处理。
22.更进一步的，步骤四中，控制涂覆厚度为2～3.5mm。
23.更进一步的，步骤五中，将经步骤四处理后的活塞杆于120～130℃下保温1.5～2h。
24.更进一步的，步骤六中，对保温处理后的活塞杆进行喷焊时，控制等离子弧电流为140～160a，离子气和送粉气采用工业纯氩气，离子气流量为0.4～0.6m2/h，喷枪移动速度为120～140mm/min。
25.3.有益效果
26.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
27.(1)本发明的一种活塞杆表面修复再制造方法，通过对整体的工艺操作进行优化设计，尤其是在活塞杆表面涂覆减磨粉料并对其进行等离子喷焊处理，从而能够有效提高活塞杆的表面减摩性能，显著降低磨损率，延长了活塞杆的使用寿命。
28.(2)本发明一种活塞杆表面修复再制造方法，通过对减磨粉料的组分和配比的优化，一方面能够有效保证喷焊后显著提升活塞杆表面的减磨性能，另一方面，能够通过对活
塞杆表面的硬度进行优化，避免受到切削作用，产生磨屑，从而造成喷焊层大面积块状脱落的情况发生，保证活塞杆在使用过程中保证最佳的润滑效果。此外，本发明的减磨粉料中不仅通过添加二硫化钼，还配入铁基合金粉末，其与二硫化钼混匀后进行预处理使用，可以有效保证其与活塞杆表面的附着，喷焊后均不易脱落。
29.(3)本发明一种活塞杆表面修复再制造方法，通过对减磨粉料及活塞杆表面的预处理，尤其是对减磨粉料中不同原料粉末的粒径进行严格控制，从而在涂覆时可以有效保证减磨粉末附着于活塞杆表面，涂覆表面平整，厚度均匀，从而在进行喷焊后保证活塞杆优异的表面质量，光滑平整，无喷焊层剥落、堆积物及凸凹坑现象发生，进而能够提升活塞杆性能、延长其使用寿命。
30.(4)本发明一种活塞杆表面修复再制造方法，在对活塞杆进行等离子喷焊处理之前，先对其进行保温处理，并通过对保温时长的温度及时长进行设计，从而能够有效避免后续进行等离子喷焊造成的一些缺陷，显著减少了堆焊层的变形和开裂，进而在保证活塞杆具有优良减磨性能的基础上，进一步提高活塞杆的表面质量。
31.(5)本发明一种活塞杆表面修复再制造方法，通过对等离子喷焊处理的相关工艺进行控制，一方面，考虑到本发明的减磨涂料成分与活塞杆表面材质的匹配和结合，更有利于发挥各组分之间的协同作用，从而显著降低活塞杆表面的摩擦系数及磨损率。另一方面，喷焊工艺的细节控制能够有效保证喷焊的质量，使经表面处理后的活塞杆具有较好的表面质量，可以大幅度提升活塞杆的使用寿命，减少零件更换频次，进而提高生产效率，为企业创造更多经济效益。
附图说明
32.图1为本发明中实施例及对比例所得活塞杆表面喷焊层磨损率；
33.图2为本发明中实施例及对比例的喷焊层距熔合线处不同垂直距离处显微硬度分布图；
34.图3为本发明中对比例的喷焊层的金相组织图；其中，子图(a)及(b)为喷焊层结合区金相组织，子图(c)及(d)为喷焊层中部区金相组织，子图(e)及(f)为喷焊层近表层区金相组织；
35.图4为本发明中实施例的喷焊层结合区金相组织图；
36.图5为本发明中实施例的喷焊层中部区金相组织图；
37.图6为本发明中实施例的喷焊层近表层区金相组织图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
39.实施例1
40.本实施例的一种活塞杆表面修复再制造方法，包括如下处理步骤：
41.步骤一、配置减磨粉料；所述减磨粉料包括mos2粉末和铁基合金自熔合金粉末，其中，mos2粉末占减磨粉料总重量的1％，其粒度范围为50～60μm。铁基合金自熔合金粉末的化学成分质量百分比为：c 0.25％；cr 20％；si 3.0％；b 0.8％；其余为fe，其粉料粒径为60～80μm。
42.步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；
43.将步骤一中配置好的减磨粉料置于球磨机中充分球磨混匀2h，倒入适量丙酮润湿，并加入火棉胶搅拌均匀，使粉料粘稠成糊状，得到料浆。
44.步骤三、活塞杆表面预处理；抛光轮打磨干净活塞杆表面的污垢，并进行去脂和喷砂处理。
45.步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；涂覆时，少量多次取料浆，将其涂于活塞杆表面，尽可能使涂覆均匀，避免气泡产生，并控制涂覆厚度在2mm。
46.步骤五、保温处理；将经步骤四处理后的活塞杆放入炉中，于120℃下保温2h。
47.步骤六、等离子喷焊处理；喷焊时使用等离子喷焊设备，控制等离子弧电流为150a，离子气和送粉气采用工业纯氩气，离子气流量为0.4m2/h，喷枪移动速度为120mm/min。
48.实施例2
49.本实施例的一种活塞杆表面修复再制造方法，包括如下处理步骤：
50.步骤一、配置减磨粉料；所述减磨粉料包括mos2粉末和铁基合金自熔合金粉末，其中，mos2粉末占减磨粉料总重量的3％，其粒度范围为40～50μm。铁基合金自熔合金粉末的化学成分质量百分比为：c 0.2％；cr 16％；si 4.5％；b 1.2％；其余为fe，其粉料粒径为70～80μm。
51.步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；
52.将步骤一中配置好的减磨粉料置于球磨机中充分球磨混匀1.5h，倒入适量丙酮润湿，并加入火棉胶搅拌均匀，使粉料粘稠成糊状，得到料浆。
53.步骤三、活塞杆表面预处理；抛光轮打磨干净活塞杆表面的污垢，并进行去脂和喷砂处理。
54.步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；涂覆时，少量多次取料浆，将其涂于活塞杆表面，尽可能使涂覆均匀，避免气泡产生，并控制涂覆厚度在3.5mm。
55.步骤五、保温处理；将经步骤四处理后的活塞杆放入炉中，于130℃下保温1.5h。
56.步骤六、等离子喷焊处理；喷焊时使用等离子喷焊设备，控制等离子弧电流为140a，离子气和送粉气采用工业纯氩气，离子气流量为0.6m2/h，喷枪移动速度为140mm/min。
57.实施例3
58.本实施例的一种活塞杆表面修复再制造方法，包括如下处理步骤：
59.步骤一、配置减磨粉料；所述减磨粉料包括mos2粉末和铁基合金自熔合金粉末，其中，mos2粉末占减磨粉料总重量的5％，其粒度范围为40～50μm。铁基合金自熔合金粉末的化学成分质量百分比为：c 0.22％；cr 18％；si 4.0％；b 1.0％；其余为fe，其粉料粒径为50～60μm。
60.步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；
61.将步骤一中配置好的减磨粉料置于球磨机中充分球磨混匀1.8h，倒入适量丙酮润湿，并加入火棉胶搅拌均匀，使粉料粘稠成糊状，得到料浆。
62.步骤三、活塞杆表面预处理；抛光轮打磨干净活塞杆表面的污垢，并进行去脂和喷砂处理。
63.步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；涂覆时，少量多次取料浆，将其涂于活塞杆表面，尽可能使涂覆均匀，避免气泡产生，并控制涂覆厚度在2.5mm。
64.步骤五、保温处理；将经步骤四处理后的活塞杆放入炉中，于125℃下保温1.8h。
65.步骤六、等离子喷焊处理；喷焊时使用等离子喷焊设备，控制等离子弧电流为145a，离子气和送粉气采用工业纯氩气，离子气流量为0.5m2/h，喷枪移动速度为130mm/min。
66.实施例4～6
67.本实施例4～6，通过控制不同质量分数的mos2添加量，如控制10％、15％和20％的mos2的添加，其与制备工艺及参数均与实施例3相同。
68.对比例1
69.本对比例的一种活塞杆表面修复再制造方法，其制造方法基本同实施例1，其主要区别在于，本对比例的减磨粉料中不添加二硫化钼，仅使用本发明的合金粉末进行喷焊。
70.需说明的是，实施例4～6的减摩性能基本同实施例3的结果，由于篇幅限制，本发明中以实施例1-3及对比例1为例，将经实施例1-3及对比例1中处理得到的活塞杆表面喷焊层摩擦性能及金相组织进行表征，如图1-6所示。
71.图1中，实施例中磨损率相较于对比例而言，磨损率降低显著，从而表明所得活塞杆减摩性能提升较高，添加二硫化钼后活塞杆具有极佳的润滑性。
72.图2显示了喷焊层距熔合线处不同垂直距离处显微硬度分布。由图可知mos2添加量为1.0％时，硬度相较于未添加的喷焊层硬度变化不是非常显著，且距离熔合线越来越远的近表层处，显微硬度略高于融合线附近，可能是因为近表层晶粒细化，使硬度提高的结果，但随着垂直距离的增加，硬度较对比例1而言有小幅度的下降，随着mos2添加量继续增加，到达5.0％时，硬度明显降低，平均硬度降低了大约200hv
0.3
，对硬度的降低程度大于晶粒细化对硬度的提升程度。因此，本发明成分体系设计下的减磨涂料，其喷焊于活塞杆表面时，能够有效克服现有传统减磨涂层在增加工件表面减摩性能的同时带来硬度提升，对活塞杆使用带来不利的弊端，从而进一步保证活塞杆在使用过程中保证最佳的润滑效果。
73.图3中，对比例中喷焊的结合区有一条明显的亮白层，是基体与金属粉末相互稀释导致的，表明结合方式为冶金结合，中部区域组织较粗大，近表面区比中部区域的组织细小。而图4-6中，实施例1-3中喷焊层结合区、中部区及近表层区金相组织，将图4与图3对比可知，图4中结合区仍存在平面晶，说明基体与喷焊层达到冶金结合，且结合区依旧存在近似垂直于熔合线的树枝晶。更具体的，在添加1.0％的mos2的结合区(即图4子图(a)及(b))与未添加(图3中子图(a)及(b))比较，组织细化，树枝晶增加，添加3.0％的mos2的结合区(即图4子图(c)及(d))，比添加1％mos2的结合区的组织细小，而添加5％的mos2的结合区(即图4子图(e)及(f))，晶粒进一步细化，树枝晶的定向生长受到抑制，生长的方向性更不明显。
74.图5中，子图(a)及(b)为添加1.0％的mos2的中间区，子图(c)及(d)为添加1.0％的mos2的中间区，子图(e)及(f)为添加3.0％的mos2的中间区。由图5可知，添加5.0％的mos2的中部组织细化，与结合区相比，树枝晶生长方向各异，随着mos2添加量不断增多，组织更为细化。本发明中添加的mos2粉末含量增加，mo元素含量增加，保留下来的初生奥氏体数量增加，但是mos2可以作为异质形核的核心，提高了形核率，细化晶粒的同时阻碍奥氏体的生
长。因此，晶粒不仅细化，形态也发生了改变。
75.图6中，子图(a)及(b)为添加1.0％的mos2的近表层区，子图(c)及(d)为添加3.0％的mos2的近表层区，子图(e)及(f)为添加5.0％的mos2的近表层区。将不同mos2添加量下其近表层区分别与结合区、中间区进行对比，近表层区较结合区、中部区组织更为细小。这是因为喷焊温度高，熔池表层与空气接触导致过冷度特别大，熔池表面相对内部而言过冷度较大，凝固时间短，组织没有足够的时间长大。本发明通过对喷焊工艺参数进行控制，确保送粉气和保护气的吹力起到搅拌熔池中液相的作用，从而进一步细化凝固组织，且在一定范围内，随着mos2含量的增加，凝固组织会逐步得到细化。

技术特征：
1.一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、配置减磨粉料；步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；步骤三、活塞杆表面预处理；步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；步骤五、保温处理；步骤六、等离子喷焊处理。2.根据权利要求1所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤一中，所述减磨粉料包括mos2粉末和铁基合金自熔合金粉末，所述mos2粉末占减磨粉料总重量的1～20％。3.根据权利要求2所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤一中，所述铁基合金自熔合金粉末的化学成分质量百分比为：c 0.20～2.50％；cr 16～20％；si 3.0～4.5％；b 0.8～1.2％；其余为fe。4.根据权利要求2所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤一中，所述mos2粉末的粒度范围为40～60μm；所述铁基合金自熔合金粉末的粒径为40～80μm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤二中，将配置好的减磨粉料进行充分球磨混匀1.5～2h，倒入丙酮润湿，并加入火棉胶搅拌均匀，得到料浆。6.根据权利要求5所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤三中，对活塞杆表面进行去脂和喷砂处理。7.根据权利要求6所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤四中，控制涂覆厚度为2～3.5mm。8.根据权利要求6所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤五中，将经步骤四处理后的活塞杆于120～130℃下保温1.5～2h。9.根据权利要求6所述的一种活塞杆表面修复再制造方法，其特征在于：步骤六中，对保温处理后的活塞杆进行喷焊时，控制等离子弧电流为140～150a，离子气和送粉气采用工业纯氩气，离子气流量为0.4～0.6m2/h，喷枪移动速度为120～140mm/min。

技术总结
本发明公开了一种活塞杆表面修复再制造方法，属于金属界面处理技术领域。本发明的活塞杆表面再制造方法包括如下步骤：步骤一、配置减磨粉料；步骤二、预处理减磨粉料，得到料浆；步骤三、活塞杆表面预处理，进行去脂和喷砂处理；步骤四、将步骤二中所得料浆均匀涂覆于活塞杆表面；步骤五、将活塞杆进行保温处理；步骤六、等离子喷焊处理。采用本发明的技术方案能够有效提高活塞杆的减摩性能，显著降低磨损率，有利于延长活塞杆的使用寿命，同时，制造出的活塞杆表面质量佳，无堆焊层变形和开裂现象，喷焊层与活塞杆界面连接较好，长期使用不易脱落。易脱落。易脱落。


技术研发人员：李明喜 宋琪
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8