[發明專利]一種電磁復合場輔助制備分布可控的WC增強金屬基復合涂層的方法及裝置

有效

• 申請號: 202010640336.X
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111607791B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 黃海鴻;趙倫武;何巖磊;仉會健;李思念
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/18;H01F7/20
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏;孫靜楠

1.一種電磁場輔助裝置，其特征在于：所述電磁場輔助裝置的結構為：

兩個側板(12)平行直立連接于底板(11)上，構成機架(1)；磁場發生裝置(2)安裝于所述機架(1)上；所述磁場發生裝置(2)的兩個磁場發生單元(21)分別安裝于兩個側板(12)上，兩個所述磁場發生單元(21)中任一產生N磁極，另一產生S磁極，并形成位于兩個所述側板(12)之間的水平磁場；

可升降工作臺(3)設于兩個所述磁場發生裝置(2)之間，其臺面(31)上設有一對夾頭(32)；所述夾頭(32)中的一個為導電夾頭，并通過導線(4)與等離子噴焊機的電源正極電性連通，所述等離子噴焊機的焊槍(5)內的鎢極通過導線(4)與等離子噴焊機的電源負極連通；待熔覆工件(6)置于所述臺面(31)上，裝配于一對所述夾頭(32)之間；

工作時，正電荷依次運動經過電源正極、導電夾頭、待熔覆工件(6)、等離子熔覆過程中待熔覆工件(6)和焊槍(5)之間形成的導電等離子弧、鎢極和電源負極，形成沿正電荷運動路徑方向的電流；所述水平磁場的方向與所述導電夾頭的設置相適應，使所述待熔覆工件(6)受到的洛倫茲力向上。

2.根據權利要求1所述的電磁場輔助裝置，其特征在于，所述磁場發生裝置(2)的結構為：

線圈(212)繞設于鐵芯(211)上，形成通電磁極；冷卻水管(213)繞設于所述線圈(212)外部；外殼(214)包覆于所述線圈(212)和所述冷卻水管(213)外部，安裝于所述鐵芯(211)上，構成所述磁場發生單元(21)；

兩個所述磁場發生單元(21)與設于所述底板(11)上的U形鐵(22)構成所述磁場發生裝置(2)；兩個所述線圈(212)的規格參數相同、繞向一致并且通過線圈導線電性連通，所述U形鐵(22)的開口朝上，所述磁場發生裝置(2)產生的磁場為閉合磁路。

3.根據權利要求2所述的電磁場輔助裝置，其特征在于：所述鐵芯(211)螺紋配合于對應的所述側板(12)上設置的安裝孔內，其軸線水平設置，所述鐵芯(211)的外端可拆卸連接用于限位的端板(215)。

4.根據權利要求2所述的電磁場輔助裝置，其特征在于：所述鐵芯(211)的材料為圓柱形的鑄造鋁鈷鎳合金。

5.根據權利要求2所述的電磁場輔助裝置，其特征在于：所述外殼(214)由鋁合金制成。

6.一種電磁復合場輔助制備分布可控的WC增強金屬基復合涂層的方法，其特征在于：以金屬基自熔性合金粉末作為涂層基材、以WC顆粒粉末作為涂層增強相，通過等離子熔覆在待處理工件表面形成WC增強金屬基復合涂層；

在等離子熔覆的過程中，利用權利要求1～5中任意一項所述的電磁場輔助裝置對工件同時施加磁場和電場，使熔池中的帶電顆粒和帶電流體在磁場和電場的共同作用下，受到向上的洛倫茲力，避免WC顆粒沉底，從而使WC顆粒均勻分布在復合涂層中。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：所述金屬基自熔性合金粉末為鐵基、鎳基或鈷基自熔性合金粉末中的一種，粉末粒度為100～300目；所述WC顆粒粉末為球形WC粉末，粉末粒度為100～300目；所述待處理工件為導電的鐵磁性材料，相對磁導率大于100。

8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述等離子熔覆的工藝參數為：熔覆所使用的工作氣為氬氣，工作氣壓為0.2～0.3MPa，冷卻水溫度為23～27℃，噴焊電流為100～160A，焊接行走速度為30～80mm/min，焊槍擺寬為8～30mm，焊槍擺動速度為1000～1800mm/min，金屬基自熔性合金粉末送粉量為10～50g/min，WC顆粒粉末送粉量為15～50g/min，保護氣流速為600～800L/h，離子氣流速為300～400L/h，送粉氣流速為200～300L/h，焊槍的噴嘴與待處理工件表面距離為10～15mm。

9.根據權利要求6或8所述的方法，其特征在于：所述磁場的強度為0.06～1T，所述電場中電流的大小等于噴焊電流。