3Cr13修復(fù)鑄鐵烘缸

1、PAGE PAGE 12Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.電弧噴涂3Cr13修復(fù)烘缸表面的涂層性能研究高文軍 張宏 王瑞 段素霞 （陜西科技大學(xué)造紙工程學(xué)院，陜西西安，710021）摘要：本文文針對(duì)造造紙烘缸缸由于受受腐蝕與與磨損而而導(dǎo)致表表面失效效的問(wèn)題題，采用用電弧噴噴涂技術(shù)術(shù)進(jìn)行修修復(fù)，設(shè)設(shè)計(jì)正交交實(shí)驗(yàn)研研究了電電弧噴涂涂工藝參參數(shù)對(duì)33Cr113 涂涂層結(jié)合合強(qiáng)度、硬硬度和耐耐磨性的的影響以以及X射射線衍射射分析及及表面與與界面形形貌電鏡鏡掃描檢檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明明：影響涂涂層性能

2、能穩(wěn)定性性的工藝藝參數(shù)主主要是電電弧電流流，其次是是噴涂距距離、電電弧電壓壓和空氣氣壓力，得得出最佳佳的修復(fù)復(fù)工藝參參數(shù)為：電弧電電流為2230A，噴涂涂距離為為2400mm，電弧電電壓為335V，空氣氣壓力為為0.66MPaa。關(guān)鍵字：電電弧噴涂涂 修復(fù) 烘烘缸 3CCr133 正交實(shí)實(shí)驗(yàn) 性能能 1前言烘缸是現(xiàn)代代化造紙紙機(jī)上的的一個(gè)關(guān)關(guān)鍵的大大部件，表面由由于受紙紙頁(yè)中化化學(xué)藥品品的腐蝕蝕以及刮刮刀的磨磨損，一般烘烘缸使用用一年后后，表面就就出現(xiàn)了了溝紋。陜陜西某廠廠生產(chǎn)卷卷煙紙，烘缸使使用4 年，表面溝溝紋平均均深達(dá)33mm，最深處處達(dá)5mmm，被迫停停產(chǎn)。過(guò)過(guò)去廠方方采用將將烘缸表表

3、面車削削后再磨磨光的方方法維修修，但由于于溝紋深深達(dá)5mmm，若將整整個(gè)烘缸缸表面車車削5mmm， 再進(jìn)行行磨光，顯然烘烘缸強(qiáng)度度降低太太多。因因此為了了解決車車削造成成烘缸壁壁太薄、強(qiáng)強(qiáng)度降低低的問(wèn)題題，保證證烘缸修修復(fù)后能能達(dá)到使使用要求求，提高高其耐蝕蝕性及耐耐磨性，我們使使用電弧弧噴涂技技術(shù)來(lái)修修復(fù)烘缸缸表面。本文主要是對(duì)用電弧噴涂技術(shù)修復(fù)烘缸表面的涂層性能研究，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)涂層在不同工藝條件下的性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，以選擇最佳的修復(fù)工藝參數(shù)，以便在實(shí)際應(yīng)用中得到最佳利用效果。2烘缸的修修復(fù)工藝藝由于烘缸大大多數(shù)是是由鑄鐵鐵制成，為為了保證證烘缸表表面噴涂涂不銹鋼鋼的結(jié)合合強(qiáng)度達(dá)達(dá)到使用

4、用要求，我我們首先先在3003008mmm和90608mmm的方片片鑄鐵式式樣上做做實(shí)驗(yàn)研研究?？伎紤]到利利用電弧弧噴涂過(guò)過(guò)小式樣樣時(shí)容易易燒壞基基體本身身，而且且也不利利于噴出出性能良良好的涂涂層，因因此我們們先在99099088mm的的方片鑄鑄鐵上噴噴涂，然然后用線線切割機(jī)機(jī)分別切切成3003008mmm和90608mmm實(shí)驗(yàn)試試樣。2.1電弧弧噴涂工工藝2.1.11噴涂材材料的選選擇為了使烘缸缸表面噴噴涂達(dá)到到使用要要求，考考慮到噴噴涂修補(bǔ)補(bǔ)時(shí)，不銹鋼鋼材料與與鋼絲噴噴涂?jī)r(jià)格格相近，并并考慮到到烘缸的的受腐蝕蝕與磨損損情況，我我們選用用2mmm的3Crr13馬馬氏體不不銹鋼絲絲作為噴噴涂

5、材料料（其化化學(xué)成分分及性能能如表221所所示）。2.1.22噴涂工工藝參數(shù)數(shù)的確定定采用正交設(shè)設(shè)計(jì)原理理選擇33Cr113 涂涂層的噴噴涂工藝藝參數(shù)，考考察的工工藝參數(shù)數(shù)分別為為電弧電電流、電電弧電壓壓、噴涂涂距離和和霧化空空氣壓力力。對(duì)每每個(gè)工藝藝參數(shù)分分別選取取3個(gè)水水平，根據(jù)表21 實(shí)驗(yàn)用用噴涂材材料（33Cr113）化化學(xué)成分分（%）CrCSiMnNiSPFe13.2550.320.480.520.350.01880.0244余量L9 (334) 正正交表，建建立正交交設(shè)計(jì)方方案，如如表22所示示。2.1.33涂層的的制備將鑄鐵塊銑銑削成99099088mm的的正方形形試片，采采用烘

6、烤烤除油的的方法去去除鑄鐵鐵內(nèi)部微微孔內(nèi)的的油污，然然后采用用壓力噴噴砂機(jī)進(jìn)進(jìn)行表面面粗化處處理。我我們使用用的是TTLASS型高性性能超音音速電弧弧噴涂設(shè)設(shè)備，進(jìn)進(jìn)行噴涂涂時(shí)，按按試塊編編號(hào)參照照所設(shè)定定的工藝藝參數(shù)依依次進(jìn)行行，噴涂涂厚度為為0.771mmm。2.1.44噴涂后后處理將噴好的試試片在線線切割機(jī)機(jī)上切割割成9006008mmm和33033088mm的的小試樣樣分別進(jìn)進(jìn)行結(jié)合合強(qiáng)度、硬度和耐磨性的測(cè)試以及X射線衍射分析及表面與界面形貌電鏡掃描檢測(cè)。2.2.噴噴涂涂層層性能研研究2.2.11涂層結(jié)結(jié)合強(qiáng)度度的測(cè)定定及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)分分析參照GB997966888 規(guī)定定的對(duì)偶偶實(shí)驗(yàn)方

7、方法在WWE10AA 萬(wàn)能能材料實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)上上作拉伸伸實(shí)驗(yàn)。試試樣尺寸寸為3003008mmm，保保證經(jīng)磨磨削平整整加工后后涂層厚厚度不小小于0.5mmm。在對(duì)對(duì)偶件和和涂層試試樣的粗粗化面上上各涂一一層E7粘接接劑（如如圖21所示示），等等膠固化化后將試試樣在拉拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)，然后后記錄實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)，并觀觀察斷裂裂位置（如如圖22所示示），應(yīng)應(yīng)根據(jù)實(shí)實(shí)際情況況予以評(píng)評(píng)定，涂涂層與基基體間的的破裂面面積占22/3以以上才算算有效， 最后根根據(jù)公式式211計(jì)算結(jié)結(jié)合強(qiáng)度度并求得得同一試試片的平平均值，填填入表222中中。結(jié)合強(qiáng)度計(jì)計(jì)算公式式： b=F/S （221）式中：b涂層結(jié)結(jié)合強(qiáng)

8、度度，MPPa； F破斷載載荷，N；SS斷裂涂涂層面積積，mmm2。圖2-1 試樣樣粘接裝裝置 圖2-2 拉伸實(shí)實(shí)驗(yàn)試樣樣斷口形形貌2.2.22涂層耐耐磨性的的測(cè)試本實(shí)驗(yàn)所用用CM型型無(wú)釉磚磚耐磨實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)，實(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)磨磨輪是鋼鋼質(zhì)，硬硬度為HHB20032245，直直徑為2200mmm，厚厚度為110mmm，轉(zhuǎn)速速為755rpmm，載荷荷為322N，通通過(guò)失重重法評(píng)定定涂層的的磨損性性能。實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果見(jiàn)表222。表22 3CCr133 涂層層噴涂工工藝參數(shù)數(shù)正交設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方案及及涂層性性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)編號(hào)噴涂電流 噴涂涂電壓 噴涂涂距離 空氣氣壓力I/A UU/V L/mmm P/MPaa平均結(jié)

9、合強(qiáng)強(qiáng)度MPa平均磨損重重mg1#2#3#4#5#6#7#8#9#1(2300) 11(388) 1(3300) 22(0.6)1(2300) 22(355) 2(2240) 11(0.8)1(2300) 33(322) 3(1180) 33(0.4)2(2000) 11(388) 2(2240) 33(0.4)2(2000) 22(355) 3(1180) 22(0.6)2(2000) 33(322) 1(3300) 11(0.8)3(1700) 11(388) 3(1180) 11(0.8)3(1700) 22(355) 1(3300) 33(0.4)3(1700) 33(322) 2(2

10、240) 22(0.6)43.27746.61140.18839.59939.14436.20036.08835.52237.7558.707.278.9310.57710.67711.47712.06612.27711.4002.2.33實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)分析析 采用極差分分析法，按按表22的正正交設(shè)計(jì)計(jì)方案對(duì)對(duì)表22的實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果進(jìn)行分分析，結(jié)結(jié)果見(jiàn)表表233。由表表233可知：按涂層層結(jié)合強(qiáng)強(qiáng)度和按按磨損失失重確定定各因數(shù)數(shù)主次順順序都是是ILUUP，表23 極差差分析結(jié)結(jié)果性能極差結(jié)合強(qiáng)度/ MPaa磨損失重/mgk1k2k3k1AVk2AVk3AVR130.006 1118.994 1114

11、.999 1118.889114.993 1221.227 1223.995 1220.116109.335 1114.113 1115.440 1115.22943.355 399.655 388.333 399.63338.311 400.422 411.322 400.05536.455 388.044 388.477 388.4336.90 2.38 2.99 1.6224.900 311.333 322.444 300.80032.711 300.000 299.244 300.77735.800 311.800 311.666 311.7778.30 100.444 100.811

12、 100.27710.900 100.000 9.75 100.26611.933 100.600 100.555 100.5993.63 00.600 0.80 00.333主次影響主次：ILUUP；最最佳水平平：I1L2U2P2影響主次：ILUUP；最最佳水平平：I1L2U2P2注: k11 為水水平1的的3次實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果之和，k1 AAV = k1 /3；k2為水平平2 的的3次實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果果之和，k2AVV = k2/3；k3 為水水平3 的3次次實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果之和和，k3 AAV = k3/3；R為極差差，R = kmaxx - kminn。即主次順序序依次為為電弧電電流、噴噴涂距離離、電

13、弧弧電壓及及空氣壓壓力。在在確定工工藝參數(shù)數(shù)時(shí)，既既要考慮慮涂層具具有良好好的結(jié)合合性能，又又要兼顧顧到涂層層的耐磨磨性能，這這是工況況使用條條件所決決定的。按k1AVV ， k2AVV ，k3AVV 數(shù)值值確定的的各因數(shù)數(shù)水平組組合行為為也相同同，即按按涂層結(jié)結(jié)合強(qiáng)度度和按磨磨損失重重確定各各因數(shù)的的最佳水水平組合合都是II1L2U2P2。這是是根據(jù)實(shí)實(shí)驗(yàn)條件件和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果得得到的，所所以最佳佳水平組組合要根根據(jù)涂層層的綜合合性能來(lái)來(lái)確定。綜綜上所述述，使涂涂層具有有良好綜綜合性能能的噴涂涂工藝參參數(shù)最佳佳水平組組合為II1L2U2P2，即電電弧電流流為2330A，噴噴涂距離離為2440mm

14、m，霧化化空氣壓壓力為00.6MMPa，電電弧電壓壓為355V。2.2.44涂層硬硬度的測(cè)測(cè)試及實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)在本課題的的研究中中，涂層層的宏觀觀硬度按按照GBB/T88640019998金金屬熱噴噴涂涂層層表面洛洛氏硬度度試驗(yàn)方方法規(guī)規(guī)定進(jìn)行行，我們們用時(shí)代代HLNN1系列列里氏硬硬度計(jì)對(duì)對(duì)采用不不同噴涂涂工藝參參數(shù)的33Cr113涂層層進(jìn)行了了宏觀硬硬度測(cè)試試。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果如如表24所示示：表24 3CCr133涂層宏宏觀硬度度編號(hào)洛氏硬度(HRCC)平均洛氏硬硬(HRCC)平均布氏硬硬度(HB)Cr-1Cr-2Cr-3Cr-4Cr-5Cr-6Cr-7Cr-8Cr-945.6 455.9 46

15、6.246.4 477.3 477.647.1 477.8 477.944.2 455.6 455.942.6 422.9 433.139.8 400.2 400.738.2 399.2 399.438.5 388.2 388.740.8 411.1 422.745.57747.10047.60045.23342.87740.23338.93338.47741.5334294444504243953753603573852.2.55涂層的的XRDD分析圖23是是對(duì)3CCr133涂層的的Cr3試樣樣的X射射線衍射射圖譜，33Cr113絲材材形成涂涂層以后后空冷，會(huì)自自淬火形形成馬氏氏體，在在高溫

16、電電弧作用用下，合合金元素素被氧化化形成一一些氧化化物相，從從圖中可可以看出出3Crr13涂涂層主要要含有Fe、CCr3O4等。2.2.66涂層截截面的SSEM分分析在本項(xiàng)測(cè)試試中，我我們對(duì)CCr3試樣樣進(jìn)行了了測(cè)試，對(duì)對(duì)它的表表面涂層層及涂層層與基體體的界面面形貌在在不同放放大倍數(shù)數(shù)下進(jìn)行行了觀察察，如圖圖244、圖255，通過(guò)過(guò)觀察分分析了以以下幾個(gè)個(gè)方面：（1）粒子子基本上上都呈橢橢圓狀，互互相交錯(cuò)錯(cuò)成波浪浪式疊加加在一起起，層狀狀結(jié)構(gòu)較較明顯；大圖23 3Crr13涂涂層的XX射線衍衍射圖譜譜部分粒子變變形充分分，只是是顆粒大大小不同同，整體體還是以以小顆粒粒分布居居多，涂涂層和結(jié)結(jié)構(gòu)

17、中有有變形粒粒子相、氧氧化物相相和孔隙隙；涂層層都比較較致密。（2）涂層層與基體體結(jié)合良良好，結(jié)結(jié)合界面面上沒(méi)有有較大的的氧化物物、孔隙隙與夾雜雜；涂層層組織結(jié)結(jié)構(gòu)外部部到基體體內(nèi)部基基本一致致；基體體表面凹凹凸不平平，粗化化效果較較理想，表表明實(shí)際際的噴砂砂處理是是可行的的。（3）在涂涂層的SSEM圖圖上進(jìn)行行觀察均均可以發(fā)發(fā)現(xiàn)：涂涂層中存存在明顯顯的孔隙隙（如圖圖中黑點(diǎn)點(diǎn)部分），但但不存在在大的氣氣孔；孔孔隙基本本上出現(xiàn)現(xiàn)在粒子子的交界界處，這這說(shuō)明不不完全重重疊是涂涂層孔隙隙形成的的主要因因素?？卓紫堵实牡臏y(cè)定方方法通常常有直接接稱重法法、金相相檢查法法等，本本實(shí)驗(yàn)采采用目測(cè)測(cè)的金相相檢

18、查法法，目測(cè)測(cè)結(jié)果都都小于110%，表表明該工工藝設(shè)計(jì)計(jì)合理，噴噴涂時(shí)操操作正確確，制備備出的涂涂層是滿滿足要求求的。2.2.77結(jié)論（1）影響響涂層性性能穩(wěn)定定性的工工藝參數(shù)數(shù)主要是是電弧電電流，隨著電電弧電流流增大，涂層耐耐磨性增增強(qiáng)且涂涂層抗拉拉強(qiáng)度穩(wěn)穩(wěn)定性增增加。當(dāng)當(dāng)電弧電電流一定定時(shí)，噴噴涂距離離過(guò)大或或過(guò)小都都不利于于涂層性性能的穩(wěn)穩(wěn)定性。（2）電壓壓過(guò)低，噴噴涂過(guò)程程不連續(xù)續(xù)，涂層層結(jié)合強(qiáng)強(qiáng)度降低低；電壓壓提高，噴噴涂粒子子顆粒尺尺寸增大大，粒子子散射也也增大，導(dǎo)導(dǎo)致涂層層表面粗粗糙，降降低了涂涂層的硬硬度，耐耐磨性下下降。在在保證電電弧穩(wěn)定定的前提提下，應(yīng)應(yīng)綜合選選擇合適適的電壓壓值。（3）為了了得