等离子弧复合熔覆层成分与性能研究(3)
1,2,4 等离子弧熔覆技术
等离子弧表层合金化是一种对工件表层综合性能或某些特定性能最大程度强化性价比极高的工艺方法，是一种资源节约型的制造技术。其工艺方法是采用高能量密度的等离子束作为工件表层快速冶炼的加热源，将满足工件表层综合性能或某些特定性能要求的预制合金在工件表面进行快速均匀冶炼，从而在工件表层形成具有特定成分与性能梯度并厚度可控的合金化层。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 等离子弧熔覆技术工艺方法
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。
合金化涂层和工件一定深度表层被高能量密度电弧快速加热至熔化，涂层中的合金元素及陶瓷相在转移弧电磁场和氩气射流搅拌作用下均匀熔入、分散于工件表层熔池中，熔池凝固后在工件表层形成一定厚度的满足工件性能要求的合金化层，经去应力处理热处理精加工后工件可投入使用。
华中科技大学胡树兵等在自行研究开发的等离子弧表层合金化专用设备上对45钢和QT600表层进行了合金化试验[7]。合金化预涂层0.4mm，合金化层次表层文氏硬度最高达1200HV0.2，合金化层深最高达2.5mm。研制的设备能实现强等离子弧的压缩聚焦。胡树兵等采用等离子弧束对汽车覆盖件模具用铬钼铸铁进行了表面淬火与熔覆，以达到表面强化效果[8]。
图1.3 等离子弧及熔池
1.3.2 等离子弧熔覆材料添加方式
等离子弧熔覆属于一种表面快速冶金过程,可得到符合相图的各种合金,也可得到远离平衡的超合金.因而开发等离子弧熔覆专用材料将是等离子弧熔覆研究的重要方向之一.熔覆材料的引入方式将直接影响熔覆层的质量和服役性能.预引入法(或预涂覆法)如图（a）所示，易于涂覆混合成分的粉末,但难以使预置层厚度均匀,基材的熔深和稀释率不易控制,多道搭接时易翘曲,粘接剂挥发易造成粉末飞溅和形成气孔,另外,生产效率低,粉末浪费大.因此,近年来同步送粉熔覆技术逐步受到重视,成为国内外研究的重点[9].
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（a) 预引入法 （b）同步送粉法
与预引入法相比,同步送粉法（图b）要求预制合金粉,但仅限于符合平衡相图的合金匹配.如要得到超合金层,则须使用混合粉,但要求混合粉末中各成分的密度、粒度、粉末形状和固态流动性基本一致,且流动性要好,否则会带来送粉技术中的问题,影响熔覆层的内在和外观质量.这为进一步研究熔覆专用同步送粉技术与装置提出了个新课题。
1.3.3 等离子弧熔覆技术研究进展
高能量束( 激光电子束等离子弧束) 表面相变淬火熔凝淬火的研究相对充分，其中激光表面淬火强化的研究最为广泛深入，其表面强化的效果几乎达到了各种材料的极限。为了超越工件基材性能极限，激光科技人员研究开发了激光熔覆激光合金化工艺技术，并已实现工业化。激光熔覆已应用于发电设备重要零部件的修复强化；华工科技激光成套设备有限公司与十堰纳特公司联合开发超微激光合金化涂料及工艺已用于钢铁工业热轧辊的高温耐磨、抗氧化、热疲劳强化，将单次修辊过钢量提高一倍[10]。
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