等离子熔覆技术的研究现状及展望

等离子熔覆技术是一种高效且应用广泛的表面处理技术,具有与基体结合良好、设备成本低、工作环境无污染及操作简单等优点。从等离子熔覆工艺参数研究、等离子熔覆合金涂层、等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层、等离子熔覆层质量调控方法、等离子熔覆技术应用等五个方面,介绍了等离子熔覆技术当前的发展概况。其中,关于等离子熔覆工艺参数研究方面,阐述了熔覆电流、离子气体流量、送粉气体流量、粉末送粉量、焊枪摆动幅度、焊接速度、喷嘴与工件之间的高度及多道搭接时搭接率等参数对涂层组织性能的影响;在等离子熔覆合金涂层方面,介绍了等离子熔覆用合金粉末及其引入方式的研究进展;在等离子熔覆颗粒增强金属基复合涂层方面,叙述了增强颗粒及其添加方式的最新研究成果;在等离子熔覆层质量调控方法部分,阐述了预热缓冷、热处理、外加磁场、机械振动、超声波辅助、加入变质剂及添加稀土元素等手段对熔覆层的质量调控作用;在等离子熔覆技术应用方面,介绍了等离子熔覆技术在矿山机械、汽车零部件再制造以及阀门修复等领域的应用。最后对等离子熔覆技术的应用前景及发展趋势做出了展望。     

发动机排气门等离子熔覆再制造

介绍了粉末等离子熔覆再制造系统.选择ST6合金粉末为熔覆材料,对失效发动机排气门进行再制造等离子熔覆试验,并通过OM和EDS对熔覆组织的显微形貌进行观察与分析.结果表明,熔覆层组织由Co中固溶Ni、Cr形成的奥氏体基体和基体上弥散分布的碳化物硬质相及其共晶组织组成,熔覆层平均硬度达552.8 HV0.1,性能检测表明采用粉末等离子熔覆技术熔覆ST6合金粉末完全能够达到排气门再制造的要求.     

等离子体熔覆技术在矿山机械上的应用

采用等离子熔覆技术在刮板输送机中部槽16Mn钢基体上熔覆NiCrSiB (20～30)％WC粉末，形成金属基复合材料熔覆层，该熔覆层硬度达1100HV左右，且无裂纹、气孔等缺陷，与基体形成冶金结合：借助金相显微镜、显微硬度计对熔覆层的组织及性能进行了分析。经熔覆处理，中部槽使用寿命提高3～5倍。     

等离子弧金属表面熔覆处理的研究

在钢的表面上用Ni基合金粉末进行等离子弧熔覆处理。试验结果表明 ,用优化后的等离子弧熔覆工艺可以在钢的表面获得致密、结合牢固和零稀释率的熔覆层。因此等离子弧熔覆处理是一种有发展前途、环境友好的金属表面改性处理技术     

Fe-Al金属间化合物对钢表面增强工艺参数的影响

进行了Q235钢表面的预制粉末覆层的等离子熔覆,研究了等离子熔覆工艺对熔覆层表面成形的影响,在此基础上得到了合适的熔覆工艺参数.进行了熔覆层组织的金相分析及熔覆层显微硬度测量与分析.结果表明,熔覆电流、焊枪摆动频率、熔覆速度的改变均能引起热输入的明显变化,影响熔覆层组织形态,基体熔化程度,以及界面的结合状态,进而影响熔覆层的耐磨性及耐腐蚀性.试验条件下的最佳熔覆工艺参数为熔覆电流130 A,熔覆速度5 cm/m in,焊枪摆动幅度4 mm,摆动频率0.4 Hz.     

原位合成AlN-Fe3Al增强铁基等离子熔覆层结构及性能

目的 采用等离子熔覆技术,制备性能优良的AlN-Fe3Al增强Fe基熔覆层。方法 采用Al粉和Fe基合金粉为熔覆材料,利用等离子熔覆技术,以氮气为保护气体和反应气体,在Q235基体上制备Fe基熔覆层。采用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、磨损试验机和电化学工作站,研究了Al对Fe基熔覆层的相组成、组织形貌、硬度、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果 以Fe基合金粉为熔覆材料时制备的熔覆层主要由α-Fe和Cr组成,Al（质量分数为6%）的加入使熔覆层中出现AlN、Fe3Al及Cr5Al8相。两种情况下制备的熔覆层均成形良好,且与基体呈冶金结合。含Al熔覆层中原位合成的AlN颗粒弥散分布于熔覆层中,尺寸小于5 μm。Al的加入使熔覆层的最高硬度由之前的340HV0.5增加至1350HV0.5,使熔覆层的耐磨性提高4.6倍。并使熔覆层表面形成钝化膜,显著提高了其耐腐蚀性。结论 采用等离子熔覆技术制备出的AlN-Fe3Al增强Fe基熔覆层,其耐磨性和耐腐蚀性得到显著提高。     

Q235钢表面熔覆镍基合金涂层的研究

利用热等离子弧熔覆装置在Q235钢表面熔覆Stellite Ni60合金粉末。在一定的熔覆工艺参数下可获得低稀释率的熔覆层,并且熔覆层与基体达到冶金结合。利用电子显微镜、XRD、电子探针等测试仪器对熔覆层的组织结构、化学成分进行了分析研究。结果表明,热等离子弧是熔覆处理中较为理想的加热源。     

WC颗粒表面超声波化学镀镍工艺

研究了利用超声波化学镀技术制备等离子熔覆用Ni包WC复合粉末的工艺方法，确定了一种优化的超声波化学镀镍工艺，并对复合粉末的形貌、性能及其等离子熔覆层的组织进行了分析与讨论。试验结果表明，经化学镀镍处理后的WC颗粒形状圆整，流动性得到改善；经等离子熔覆后，熔覆层组织均匀致密，WC烧损量减少。     

Q235钢等离子弧熔覆铁基合金涂层的组织分析

采用等离子弧熔覆技术,选择合适的工艺参数,在Q235钢基体上熔覆Fe-Cr-B-Si-C铁基合金耐磨涂层.采用OM、SEM、EDS等研究了熔覆层的组织,并用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度分布.结果表明:熔覆层与钢基体呈冶金结合,组织致密;熔覆层主要由马氏体和Cr23C6组成,显微硬度从表面向基体逐渐降低,呈梯度分布,近表面的最高硬度达到670HV0.2.     

等离子熔覆-注射B4C铁基熔覆层组织耐磨性研究

目的采用等离子熔覆-注射工艺在Q235基体上制备B4C铁基熔覆层并研究其耐磨性。方法通过OM,SEM,EDS等分析熔覆层及界面的组织特征,并进行耐磨性测试。结果当B4C质量占主体熔覆材料质量的18%时,注射熔覆层表面比较平整,无裂纹。注射熔覆层组织致密,界面呈现平直的亮白色过渡层,稀释率小,与基体形成了良好的冶金结合。B4C陶瓷颗粒表面溶解会形成Fe,Cr等元素的硼化物。等离子熔覆-注射B4C熔覆层的耐磨性是42CrMo的22倍,是16Mn钢的41倍。结论等离子熔覆-注射B4C工艺能够增强B4C与熔覆层之间的结合力,提高熔覆层的硬度和耐磨性。     

Q235焊缝表面镍基合金熔覆层在NaCl溶液中的腐蚀行为

目的 采用激光、等离子熔覆技术在低碳钢焊缝表面制备镍基耐腐蚀涂层,提高钢管焊缝表面的耐蚀性能。方法 通过浸泡腐蚀、动电位极化法、交流阻抗法,研究不同试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。利用OM、SEM、EDS和XPS分析腐蚀试样表面、截面的微观组织和腐蚀产物成分。结果 采用激光、等离子熔覆技术均可制得成形良好、表面光滑、无宏观裂纹的涂层,且表现出良好的抗点蚀能力;等离子熔覆层晶粒相较于激光熔覆层晶粒更均匀、细小,析出的碳化物(Cr₂₃C₆、Cr₇C₃)、硼化物(CrB)等硬质点提高了涂层的硬度,对于抗蚀性有着积极的作用。试样的耐蚀性排序为等离子熔覆层>激光熔覆层>基体。浸泡失重腐蚀实验表明,基体、激光熔覆层、等离子熔覆层的腐蚀速率分别为0.182 9、0.125 6、0.102 7 g/(m²·h)。从极化曲线看出,激光熔覆层(-0.503 4 V)、等离子熔覆层(-0.546 6 V)的自腐蚀电位相较于基体(-0.858 4 V)发生了正移。基体、...     

灰口铸铁镍基等离子熔覆层组织和性能

采用等离子弧粉末熔覆技术在磨损的灰口铸铁发动机缸体上制备了Ni基熔覆层.通过光学金相显微镜和扫描电镜观察分析了熔覆层显微组织和形貌,并利用维氏硬度计测试了熔覆层的显微硬度.试验测试结果表明:等离子弧粉末熔覆制备的熔覆层为奥氏体组织,没有出现灰口铸铁堆焊中经常产生的自口组织;熔覆层硬度与母材硬度相一致,达到了铸铁缸体尺寸修复层与母材硬度相近的要求.     

TiC增强铁基熔覆层制备方法的研究进展

系统地论述了TiC增强铁基熔覆层制备的原理,当前国内外制备该熔覆层所使用的方法以及这些方法用于熔覆层制备的情况,所制得的熔覆层存在的缺陷和改进的途径.从文献来看激光熔覆、等离子熔覆、钨极氩弧为该熔覆层主要的3种制备方法,着重介绍了这3种方法的原理以及当前的研究情况.对稀土改进熔覆层性能和质量的情况也作了描述.最后指出了当前熔覆层制备存在的问题和发展前景.     

热锻模表面等离子熔覆Ni—SiC覆层的研究

为了制备符合热锻模使用性能要求的模膛表面强化层,采用等离子熔覆技术,以W6为基体,在基体表面对不同含量SiC(质量分数)陶瓷粉末、Ni基自熔性粉末进行等离子熔覆,得到Ni基SiC合金涂层.对熔覆层横断面进行了显微硬度测量和显微组织分析,并对覆层的热物性参数进行检测.试验结果表明,添加镍基合金的涂层能够提高熔覆层的硬度,同时熔覆层能够得到很好的热物性能.     

不同工艺制备铁基非晶复合涂层组织与性能研究

分别采用大功率光纤激光器与超音速等离子喷涂设备在45号钢基体表面制备Fe基非晶复合涂层。采用扫描电镜、显微硬度计、X射线衍射仪对熔覆层进行微观组织和成分的研究;并分析熔覆层的显微硬度和耐腐蚀性能。结果表明,激光熔覆涂层成型良好,无明显的孔隙、宏观裂纹等缺陷,熔覆层与基体之间为结合强度较高的冶金结合。超音速等离子喷涂涂层存在一定的气孔、微裂纹等缺陷,涂层与基体之间为机械结合,结合强度相对较弱。激光熔覆层组织为柱状晶、树枝晶和非晶共存组织。激光熔覆层内组织致密,且析出了Fe-Cr、(CrFe)_7C_3化合物等硬质相。超音速等离子喷涂涂层截面形貌为典型的层状结构,涂层的非晶含量明显高于激光熔覆涂层,但由于其内部的孔隙和微裂纹,使激光熔覆涂层耐腐蚀性能优于超音速等离子喷涂涂层。     

熔覆电流对Fe-Cr-B-C合金涂层组织与耐磨性的影响

为了研究熔覆电流的变化对Fe-Cr-B-C熔覆合金层组织及性能的影响，采用等离子熔覆技术在不同的熔覆电流下(75、85和95 A)在Q235钢板表面制备了Fe-Cr-B-C合金熔覆层，采用X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)技术、维氏硬度计和扫描电镜(SEM)对熔覆层的物相、硬度和微观组织进行表征，并采用摩擦磨损试验机对熔覆层的摩擦磨损性能进行研究。结果表明：Fe-Cr-B-C熔覆层的物相主要为马氏体，同时有大量的Fe₃C、Cr₂₃C₆、Fe₂B、Cr₂B、Fe₂C、Fe₇C₃硬质相及少量的氧化物在基体内呈网状分布。随着熔覆电流的升高，熔覆层的稀释率增加，硬质相的含量逐渐降低。熔覆层硬度随着电流增大呈现先增大后减小的趋势，电流为85 A时熔覆层硬度最高。随着电流的升高，熔覆层的耐磨性先升高后下降，当熔覆电流为85 A时，熔覆层的磨损量仅为Q235基体的7%,表明Fe-Cr-B-C熔覆层能显著提高Q2...     

变极性等离子弧铝合金熔覆层组织和性能

采用变极性等离子弧熔覆技术在2219铝合金试板表面制备了熔覆层,用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪对熔覆层进行了显微组织形貌观察和元素分析,用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测试.结果表明:熔覆层底部组织为垂直于熔合线方向生长的柱状晶,中上部为较细小的等轴晶;熔覆层在凝固过程中析出Q强化相;熔覆层具有较均匀的显微硬度.     

汽车发动机用AZ91合金的激光表面改性处理

采用预置式两步激光熔覆的方法在汽车发动机用AZ91合金表面进行了等离子喷涂+激光熔覆改性处理,通过金相、扫描电镜、XRD、硬度和极化曲线等测试手段,研究了激光熔覆Al-Si层的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明,激光熔覆层主要由α-Al和（α-Al+β-Si）共晶组织组成;激光熔覆层的显微硬度要高于等离子喷涂层,且两种涂层的显微硬度都要高于基体合金;改性层和基体合金的耐腐蚀性能从高至低依次为：激光熔覆层>等离子喷涂层>AZ91合金。     

等离子熔覆Fe基复合涂层的组织与性能

利用等离子熔覆技术,在45钢基体表面制备了Fe基合金熔覆层.采用金相显微镜、显微硬度计对熔覆层组织、性能进行研究.结果表明,熔覆层组织由树枝晶、等轴晶组成,涂层中含有一定量的化合物,无气孔、夹杂,其中树枝晶组织粗大,等轴晶组织细小;熔覆层具有较高的硬度,并且由表面到基体硬度呈梯度分布;熔覆层中等轴晶的显微硬度最高可达1234 HV0.1,是45钢基体的4倍.     

表面熔覆技术的研究进展

综述了表面熔覆技术的发展概况,介绍了几种常见熔覆方法的工艺特点及应用现状,并从熔覆层组织、裂纹敏感性及耐磨性三方面阐述了熔覆层的研究成果.概述了金属基复合材料的优良性能及基体与增强体的选择.指出表面熔覆技术应以熔覆层组织性能稳定为研究重点,兼顾熔覆工艺的简单化、成本低廉化,同时促进原位自生法的理论基础研究.最后指出表面熔覆技术的研究方向及目前需解决的问题.