钢基体表面高能束流弧熔覆微观组织与性能分析(2)
1.2 表面熔覆技术简介
表面熔覆作为一种新型表面改性技术,综合了表面涂层技术和复合材料技术的优势,可以根据零部件的不同需求,以较低的成本在材料表层制备出满足高耐磨性要求的复合材料[2]。
表面熔覆技术需首先解决的问题是基础理论的完善。熔覆过程是一个远远偏离平衡态的过程,我们对于其加热过程、冷却的相变动力学以及界面行为和熔覆层的强化理论等了解目前还不够深刻,进一步完善基础理论是获得理想表面性能的基础条件。可在动力学和热力学剖析的基础上,依据熔覆过程之中可能发生的反应进行粉末的合理配比,并根据基体与增强相的性能选择适合的加热热源,以期能形成理想的复合材料涂层。最后依据熔覆层的组织结构和性能检测结果,验证并进一步深入揭示原位反应机制。其次是扩展熔覆材料的适用范围，加快该设备的发展水平。
表面熔覆技术目前主要有以下几种：堆焊，激光表面熔覆，钨极氩弧熔覆，等离子弧熔覆技术等。
1.2.1 堆焊
目前，国内外关于堆焊技术的研究讨论相对较多[3] ,但因为堆焊技术多采用过渡合金元素焊接材料,过渡系数低,熔覆层中的合金元素含量少,不能形成较好的增强相,增强效果不突出,导致堆焊技术适用于零部件快速修复,但却制约了其在制造领域的使用。
1.2.2 钨极氩弧熔覆
相对于堆焊，钨极氩弧熔覆有着明显的优点。熔覆时,电极和电弧区及熔化金属都在氩气保护中,隔离了空气，减少了空气对熔化金属的有害作用,减少了熔池中合金元素的氧化和烧损;同时其设备较为经济且操作方便,使得钨极氩弧熔覆表面强化技术易于普及[4]。当前国内对于钨极氩弧熔覆的研究主要是铸铁表面重熔强化和低碳钢表面熔覆自熔性合金粉末[5-8]。国外钨极氩弧熔覆多用于钛合金或不锈钢表面制备加强、耐腐蚀涂层[9]。
1.2.3 激光表面熔覆
激光表面熔覆则是更为先进的一种工艺。激光熔覆是将覆盖在金属材料表面的合金薄层与基体在瞬间的高温中完全熔化并急速冷却，产生新的合金表层，使基体与预涂的合金层为冶金态结合。国内外已在不锈钢、灰铸铁、可锻铸铁、低碳钢、铝合金及特殊合金上用钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末和陶瓷相进行激光熔覆的研究[10-11]。张松等[12]研究在激光能量作用下陶瓷相颗粒的溶解、反应合成、析出长大及颗粒相在熔池中的分布情况的结果表明,控制合金粉末的具体成分可改变表层复合材料的基体组织结构,并得到弥散均匀分布的颗粒增强相。在不同的表面熔覆技术研究中都对熔覆层的组织做了详细的叙述,并对影响组织的因素做了分析[13-14]。不过其中仍存在许多问题[15]。
1.2.4 等离子弧熔覆技术
等离子弧熔覆是一种表面改性的新兴技术,是一种通过将熔覆材料铺在基材表面,利用高密度的等离子弧使之与基材表面薄层融合在一起的方法,在基材表面形成与其冶金密切结合的熔覆层,以达到材料表面改性或修复的目标。下文将着重介绍等离子弧表面熔覆技术。
1.3 等离子弧表面熔覆技术及发展应用
1.3.1 等离子弧熔覆工艺
将能满足工件表层高性能要求、与基体材料相性好的高合金( 基体材料含量很低) 、陶瓷强化相超细粉及高温粘结剂均匀分散于溶剂中制成合金化涂料，将涂料均匀涂覆( 喷涂刷涂流涂刮涂) 于工件需强化的表面，形成一定厚度的合金化涂层，待涂层自然表干后，热风烘干，将工件置于等离子弧熔覆设备工作台上，输入工艺参数: 文弧电流、离子气流量、保护气流量、扫描速度和扫描路径，调整等离子弧炬喷嘴端面与工件的距 离，启动设备对合金化涂层进行匀速焊接扫描。