等离子弧复合熔覆层成分与性能研究(5)
将铁铝混合粉末与等离子弧堆焊技术相结合，在普通基材表面堆焊一层铁铝合金，进行表面强化，既发挥该合金的优良性能同时又节约贵重金属。但在某些苛刻的工况条件下，堆焊层的硬度和耐磨性不能满足要求。这就要求我们引入新的强化元素元素来提高熔覆层的各项性能。
Si和B等元素具有造渣功能，它们优先与合金粉末中的氧和工件表面氧化物一起熔融生成低熔点的硼硅酸盐等覆盖在熔池表面，防止液态金属过度氧化，从而改善熔体可以改善熔体对基体金属的润湿能力，减少熔覆层中的夹杂和含氧量，提高熔覆层的工艺成形性能。
Cr既可以提高堆焊层的耐蚀性，同时也是碳化物和金属间化合物的形成元素，它与C, B形成Cr23C6, Cr3C2, CrB2, CrB等硬质点化合物，在堆焊合金中起沉淀强化的作用，使堆焊层具有较高的硬度和优良的耐磨性，Cr还可作为溶质原子固溶到基体中起固溶强化的作用。
Mn可提高堆焊合金的脱氧能力，同时它形成的奥氏体在受冲击载荷变形时，可提高硬度及冷变形抗力，以改善堆焊合金的抗擦伤性能。但含其量过高会降低堆焊层合金的硬度和抗蚀性。
W一方面可形成碳、硼化物，既可弥散分布于基体组织中，使基体得到固溶强化，又可形成耐磨硬质相WC, W2C,提高堆焊层的硬度和耐磨性。另一方面，W可细化晶粒，提高堆焊合金热态组织稳定性以及堆焊合金的抗裂性能。
此外，李全安、赵高敏、潘应君、赵涛、Y.M.Zhang等人的研究表明，稀土成分可以明显的改善激光熔覆涂层的组织形貌，使涂层的机械性能和化学性能得到改善，例如提高了显微硬度，改善耐腐蚀性能、抗高温氧化性能，减少了涂层中的杂质，降低了裂纹源的数量[21-25]。
在熔覆层中添加稀土，虽然可以大大减少裂纹的数量和提高涂层的致密度，但是熔覆层的表面粗糙度高的问题仍然存在。
1.5 本课题研究的意义及内容
目前等离子弧熔覆技术主要用于表面强化或修复，但随着工业的进步，原有的熔覆材料已经逐渐不能满足工作需要。因此为了提高熔覆层的各项性能，采用预置涂层法在基材表面预置金属铁基合金粉末，并在粉末中添加增强元素，通过不同的等离子弧熔覆工艺参数对涂层表面进行单道平面熔覆试验研究，进行参数优化。研究铁基合金表面等离子弧熔覆层的微观组织及显微硬度性能，进而提高使用寿命。
本文的研究内容是将混合均匀Fe基粉末（包括Fe、Al以及B、Si、Y3O2)预涂在Q235铁基体表面，并利用等离子弧弧为热源进行加热熔覆，快速凝固以获得铁基体表面的金属间化合物，达到耐磨、耐腐蚀的目的。主要内容如下：
(1)等离子弧熔覆工艺参数优化。通过采用不同等离子弧熔覆功率和扫描速度对微观质量进行研究，优化等离子弧熔覆工艺参数。
(2)研究等离子弧熔覆层的微观组织结构。通过综合使用现代物理测试手段（包括X射线衍射等）对不同等离子弧熔覆工艺参数的熔覆层的显微组织、物相组成等进行分析，揭示等离子弧熔覆对熔覆层微观组织的影响。
(3)研究等离子弧熔覆层的显微硬度性能。测试激光熔覆层的显微硬度，揭示其表面硬度与等离子弧功率之间的关系，近一步优化工艺参数。
（4）研究稀土元素对表面强化的作用并确定适宜的添加量。
2 试验材料及方法
2.1 试验材料与设备
2.1.1 试验材料
金属间化合物的一个应用就是在廉价的金属表面制造熔覆层，以满足基体耐磨性和耐蚀性等性能要求。本文用Fe基粉末在碳钢表面制备金属间化合物覆层以达到增强基体耐磨性的要求。Fe粉的纯度为90%以上，为一般雾化铁粉，铝粉纯度为99%，颗粒度为两百目，从市场上购买。B、Si粉末均为实验室库存。采用的钢板为的普通Q235钢。
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