金属喷涂、堆焊与修复——金属喷涂工艺与设备

不同喷涂方法制备马氏体不锈钢涂层组织性能对比,不同电弧喷涂工艺对3Cr13钢涂层结合强度的影响，高速电弧喷枪中电弧场的数值模拟,聚酰亚胺复合材料等离子弧喷涂温度场数值模拟,等离子体喷涂纳米结构热障涂层微观组织及性能,[编者按]     

高速电弧喷涂Fe基合金涂层的组织与抗汽蚀性能

为提高水利机械的抗汽蚀性能,采用高速电弧喷涂在1Cr18Ni9Ti不锈钢基体上制备两种Fe基合金涂层.借助光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、显微硬度计及振动汽蚀设备对涂层组织结构及性能进行分析.结果表明,涂层具有较高的硬度(510HV0.05)及较致密的组织结构(孔隙率10.5%),含有碳铬化合物等陶瓷硬化增强相.高速电弧喷涂能制备具有优良抗汽蚀性能的涂层.     

建筑工程用20钢表面电弧喷涂涂层的耐蚀性能研究

采用电弧喷涂方法在20钢表面制备Fe Cr Ni BSi Mo和Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层,研究其微观组织和耐腐蚀性能。结果表明,电弧喷涂20钢表面Fe Cr Ni Nb BSi Mo涂层是由金属相、氧化物以及孔隙组成的,其抗高温氧化性能优于Fe Cr Ni BSi Mo涂层。     

Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺对涂层结合强度的影响

为使Ni-Cr-Al合金电弧喷涂涂层获得优良的性能,以涂层结合强度为判据,通过正交试验对Ni-Cr-Al合金电弧喷涂工艺进行了优化。利用扫描电镜、能谱仪等手段对涂层和断口形貌进行分析,同时对涂层的显微硬度进行了测试。结果表明,喷涂距离、雾化空气压力、喷涂电流、喷涂电压对Ni-Cr-Al合金涂层结合强度具有不同的影响,确定优化后的工艺参数为喷涂电流160 A,喷涂电压32 V,雾化空气压力0.5 MPa,喷涂距离160 mm。在优化工艺参数条件下,电弧喷涂Ni-Cr-Al合金涂层组织呈现出典型的层状结构,其最大结合强度可达34.30 MPa,具有较好致密性和硬度。     

金属喷涂、堆焊与修复

金属喷涂工艺及设备 碳化硼对电弧喷涂涂层性能的影响／魏琪…//焊接学报．-2010,31（11）：65-68 将碳化硼（B4C）陶瓷粉末和其它合金元素与304L不锈钢带轧制成粉芯丝材,采用电弧喷涂技术制备金属陶瓷复合涂层。研究了B4C在电弧喷涂中的应用。利用XRD,SEM对涂层的形貌、相组成和磨损表面进行了分析。     

NiCrFe-Cr2C3合金超音速活性电弧喷涂涂层性能的研究

采用超音速活性电弧喷涂(HVAA)系统对适用于锅炉四管喷涂用的NiCrFe-Cr2C3合金进行了喷涂试验;通过金相组织研究、SEM检测以及X射线衍射分析,证明其具有良好的组织形貌;同时HVAA所制备的NiCrFe-Cr2C3合金涂层的性能相对于普通电弧喷涂涂层,除了更致密并具有更高的硬度外,涂层成分还具有更多的金属间化合物或络合物,对提高涂层性能有一定影响。     

电弧喷涂工艺对Zn-Cu合金制模涂层性能的影响

采用电弧喷涂技术在石膏表面制备Zn-Cu合金涂层,利用正交试验研究了喷涂工艺参数对涂层硬度、孔隙率和磨损量的影响。结果表明,在研究范围内,影响涂层硬度最主要的参数为喷涂电压,影响涂层孔隙率和磨损量的最主要参数为喷涂电流。喷涂电压为30V,喷涂电流为220A,喷涂距离为340mm、喷涂气压为0.5 MPa时,Zn-Cu合金涂层组织呈现出典型的网络框架结构,其涂层硬度(HV)为150.8,孔隙率为6.4%,磨损量为0.005 5g,具有较好的综合性能。     

电弧喷涂工艺参数对涂层组织和性能的影响

为研究电弧喷涂中工艺参数对涂层的组织和性能的影响,以低碳钢为基材,选用1Cr13、3Cr13两种丝材为电弧喷涂材料制备了不同工艺参数下的涂层,对比了不同材料、不同工艺参数下制备的电弧喷涂涂层的组织和性能,通过实验分析了工艺参数对涂层组织和性能的影响,说明了喷涂工艺参数对涂层组织影响的基本规律.     

原位合成Cr2Nb/CuCr复合材料及其真空电特性

采用真空烧结熔渗法制备不同Cr2Nb含量的Cr2Nb/CuCr复合材料.通过XRD和SEM研究复合材料的组织结构,采用SEM和高速摄影研究原位合成的Cr2Nb对复合材料表面电弧运动及表面烧蚀形貌的影响.结果表明:随着Cr-Nb复合粉末添加量的增加,Cr2Nb/CuCr复合材料的硬度、电导率、截流值、电弧寿命和耐电压强度均有明显改善,当Cr-Nb复合粉末的添加量为7％(质量分数)时,Cr2Nb/CuCr复合材料的阴极斑点更为分散,截流值显著降低,电弧寿命明显延长.与常规CuCr合金性能相比,Cr2Nb/CuCr复合材料表现出较好的综合性能.     

镍稀土对FeCrMoCBSi系非晶合金涂层性能的影响

设计了制备FeCrMoCBSi系非晶合金涂层用的粉芯线材L1和添加镍稀土的对比配方L2,用电弧喷涂技术制备了两种非晶合金涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、显微硬度仪测试了涂层的组织结构与性能,采用冲蚀磨损测试设备测试了两种涂层在30 °和90 °冲蚀角下的耐冲蚀磨损性能,并用SEM观察了涂层冲蚀后的表面形貌.结果表明,添加镍稀土的L2涂层与L1相比,非晶相含量升高了5.7 %,组织结构更加致密,截面平均显微硬度提高了149.6 HV0.1,晶化转变温度Tx增加了7 K,涂层在相同测试条件下的耐冲蚀性能也有所提高.     

CrAISiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的 研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al2O3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性.方法 采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能.结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重.CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间.CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al2O3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低.结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al2O3对磨时为磨粒磨损.     

超音速火焰喷涂Fe基非晶合金涂层材料的摩擦磨损性能研究

目的通过优化涂层制备工艺,制备致密的Fe基非晶合金涂层,以提高非晶合金涂层的耐磨性。方法采用活性燃烧高速燃气超音速火焰喷涂(AC-HVAF)技术,通过工艺优化,制备了组织致密的Fe基非晶合金涂层。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计、摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对非晶合金涂层的组织结构、摩擦性能和磨损机制进行了深入分析。结果 Fe基非晶合金涂层呈现典型的非晶结构,涂层厚度在300μm左右,涂层的平均显微硬度值高达1000HV0.1。在干摩擦试验条件下,Fe基非晶合金涂层的磨损量远低于304不锈钢材料,磨损率是304不锈钢基体的1/3~1/2。Fe基非晶合金涂层的磨损机制以疲劳磨损为主,伴随着氧化磨损。氧化磨损主要是由干摩擦过程中产生的摩擦热导致,氧化磨损加速了片层剥落。结论 Fe基非晶合金涂层孔隙率的降低和非晶相含量的提高,有利于稳定摩擦系数和改善涂层的耐磨损性能。     

Abrasion wear resistance of arc-sprayed stainless steel and composite stainless steel coatings

The abrasion wear resistance of stainless steel and composite stainless steel/titanium boride coatings arc sprayed with air and argon was evaluated. Stainless steel coatings arc sprayed with air were found to be slightly more resistant than bulk stainless steel, whereas those sprayed with argon were slightly less resistant. The wear resistance of composite stainless steel/titanium diboride coatings was from two to four times greater than that of bulk stainless steel, depending on the cored wire constitution and the type of gas used for spraying. Microstructural analysis, microhardness measurements, and optical profilometry were used to characterize the coatings and wear damage. By considering both the wire constitution and the spraying conditions, it was possible to fabricate composite stainless steel coatings that showed a 400 % increase in wear resistance over bulk stainless steel.     

Microstructure and Wear Performance of Arc Sprayed Fe-FeB-WC Coatings

Two Fe-FeB-WC coatings were deposited on the Q235 steel substrate by arc spraying. The microstructure and the abrasive wear performance of the coatings were characterized by x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The wear mechanisms of the coatings were examined. It was found that Fe-Cr alloy and Fe₂B are present in the coating as the main phases. The results showed that adding hard particle powders could obviously increase the hardness and wear resistance of the coatings. The average microhardness of the coatings was about 870 to 920 HV_0.1. The coatings exhibited excellent abrasive wear resistance, being 3.3 to 4.8 times higher than that of arc sprayed 3Cr13 coating.     

FeAlCuCrNiNbx系高熵合金堆焊层的组织及性能分析

为了研究Nb元素含量对FeAlCuCrNiNb_x(x = 0.4,0.6,0.8,1.0,x为摩尔比)高熵合金的组织结构及性能的影响,采用熔化极气体保护焊技术在碳钢板表面制备出FeAlCuCrNiNb_x高熵合金堆焊层,而后对堆焊层进行显微组织、物相组成、显微硬度、耐磨性和耐蚀性分析. 结果表明,FeCuCrAlNiNb_x高熵合金堆焊层呈现以Fe-Cr相为基的BCC固溶体和少量MC共晶碳化物. 组织为典型的枝晶结构,由灰色的枝晶(DR)及白色的枝晶间(ID)结构组成. 对于耐磨性,加入适量的Nb元素可以显著提高堆焊层的显微硬度和耐磨性,当Nb摩尔比为0.8时,显微硬度最高,耐磨性最好,最大硬度值达到602 HV,磨损量最小为0.30 g. 对于耐蚀性,加入一定量的Nb元素后极化曲线中自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率减慢,耐蚀性增强,均优于304不锈钢,当Nb摩尔比为1.0时,堆焊层合金耐蚀性最好.     

电火花涂层的特性和耐磨性研究

采用电火花表面强化设备，以YS2硬质合金作为强化电极在45钢表面涂覆形成一层合金强化涂层。用扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了电火花表面强化层形貌、性能和组织结构。在磨损试验机上对其耐磨性进行测试，同时利用扫描电镜对试样的磨损形貌进行观察分析。结果表明，获得了冶金结合的强化层，显著提高了基体的硬度和耐磨性。     

含碳化物陶瓷粉芯丝材电弧喷涂层的结构和性能

分别将WC、TiC、Cr3C2等碳化物陶瓷粉末与304不锈钢带轧制成3种粉芯丝材,采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上制备铁基复合涂层.利用光学显微镜、SEM、XRD对3种涂层的形貌、相组成和磨损表面进行分析,并用湿砂橡胶轮磨损试验机(MLS-225)测试了涂层的抗磨粒磨损性能.结果表明,碳化物陶瓷粉末的加入使涂层的硬度和耐磨性显著提高,涂层的平均显微硬度值高达1100～1200 HV0.1.在本试验条件下,铁基复合涂层的耐磨性比Q235钢高6～18倍.塑性微切削和脆性剥落为涂层的主要磨粒磨损形式.     

填丝TIG焊TA15钛合金与18-8钢接头的微观组织

以铜焊丝为填充材料对TA15钛合金与18-8不锈钢进行填丝钨极氩弧焊（TIG）.利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）及显微硬度计对TA15/18-8接头的微观组织、相组成、元素分布及显微硬度进行了分析.结果表明,焊缝组织为铜固溶体枝晶;TA15钛合金侧熔化未混合区为α-Ti与磷化物脆性相Ti₃P,Ti（Cu,Fe）的混合组织;18-8不锈钢侧熔合区为Fe-P共晶组织;磷在18-8不锈钢侧熔合区的聚集促进了共晶组织的形成,未参与共晶反应的铜形成团状聚集区;两侧熔合区显微硬度明显高于热影响区和焊缝,Ti₃P脆性相导致钛合金侧熔化未混合区的显微硬度最高值达720 HV0.5.     

Influence of Plasma Remelting on the Microstructure and Cavitation Resistance of Arc-Sprayed Fe-Mn-Cr-Si Alloy

Surface remelting is an important technique for modifying the microstructure of thermally sprayed coatings as it reduces the porosity and promotes a metallurgical bond between substrate and coating. Many studies have been carried out in the field of materials selection and surface engineering in an attempt to reduce cavitation damage. In this work, an Fe-Mn-Cr-Si alloy was deposited by arc spraying and then remelted by a plasma-transferred arc process. The base metal was a soft martensitic stainless steel. The influence of remelting current on coating and base metal microstructure and cavitation resistance was studied. The use of a lower mean current and a pulsed arc reduced the thickness of the heat-affected zone. In specimens remelted with constant arc current, dendrites were aligned parallel to the path followed by the plasma torch; while in those remelted with a pulsed plasma arc, the alignment of the microstructure was disrupted. The use of a higher peak current in pulsed-current plasma transferred arc remelting reduced mass loss due to cavitation. Fe-Mn-Cr-Si coatings exhibited cavitation-induced hardening, with martensite formation during cavitation tests. This transformation helps to increase the cavitation resistance of the remelted coating compared with the soft martensitic stainless steel base metal.     

TC4合金表面氩弧熔覆TiCp/Ti基复合涂层组织及耐磨性

利用氩弧熔覆技术在TC4合金表面制备出TiC增强的Ti基复合涂层。利用SEM、XRD和EDS分析了熔覆涂层的显微组织;利用显微硬度仪测试了复合涂层的显微硬度;利用摩擦磨损试验机测试了涂层在室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,涂层中有大量的TiC树枝晶和条块状TiC颗粒;复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,HV平均硬度可达9GPa;复合涂层室温干滑动磨损机制为磨粒磨损和轻微粘着磨损。