不同碳化钨含量对等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层组织及性能的影响

采用等离子弧粉末熔覆技术在Q345钢表面熔覆镍基碳化钨涂层,研究了粉末中不同碳化钨含量对镍基碳化钨熔覆层组织及性能的影响。借助光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪分析镍基碳化钨熔覆层的组织形貌,用显微硬度计和摩擦磨损实验机分别测量镍基碳化钨熔覆层的硬度和耐磨性。结果表明:镍基碳化钨熔覆层与基层之间呈冶金结合,涂层表面无气孔缺陷。镍基碳化钨涂层组织主要由碳化钨颗粒和镍基粘结相构成,碳化钨是WC和W_(2)C,镍基粘结相中包含SiC、Cr_(23) C_(6)、Ni 3Si、γ-Ni等物相。随着粉末中碳化钨含量从15%(质量分数,下同)增加至50%,熔覆涂层组织中硬质相数量增多,其硬度和耐磨性显著提高。当碳化钨含量为50%时,熔覆涂层硬度高达1024HV_(10)且耐磨性最好。

等离子弧粉末堆焊熔覆材料的研究现状与进展

自工业化应用以来,等离子弧粉末堆焊技术便受到机械工程领域工作者的广泛关注,并在机械零部件修复与再制造、零部件表面强化等方面取得了令人鼓舞的效果。随着现代科学技术的发展,等离子弧粉末堆焊设备被不断优化与改进,其自动化和数控系统水平不断提高,工业应用也更加便捷和高效,但当前等离子熔覆材料还是以自熔性合金粉末为主,高性能的新型熔覆材料研究报道相对较少。如何挖掘等离子弧粉末堆焊新型设备的技术优点,开发出满足当前对高强度、高真空、高温、耐磨、耐蚀等特殊性能需要的熔覆材料,是堆焊熔覆材料工作者所面临的重大挑战。近10年来,国内外的研究重点主要集中在自熔性合金粉末及其增强粉末的复合化设计,尽管已取得一些成果,但并未拓宽新的熔覆材料研究领域。最近几年,部分研究者开始将金属陶瓷基、纳米颗粒、自润滑、高熵合金等新型粉末作为熔覆材料,应用于等离子弧粉末堆焊的表面强化或修复中,但复合粉末选择原则、成分优化以及制备工艺等还有待进一步研究。除此之外,等离子粉末堆焊熔覆材料的研究尚缺乏一套系统的科学基础理论。目前,国内外等离子熔覆材料体系主要有:(1)合金化自熔性复合材料,利用一些功能性元素的固溶强化、析出强化、弥散强化和细晶强化等作用,改善熔覆层的组织和性能;(2)增强化自熔性复合材料,利用金属陶瓷基颗粒增强效应,提高熔覆层的性能;(3)稀土掺杂自熔性复合材料,发挥稀土特有的化学活性,净化熔覆层组织;(4)金属基自润滑复合材料,以金属或合金作为基相,固体润滑剂作为分散相,形成金属基自润滑堆焊熔覆材料;(5)高熵合金复合材料,将五种或五种以上的金属粉末混合组成复合粉末,形成高熵合金堆焊熔覆材料体系。除此之外,还有铜基、钛基、铝基、锆基和纳米等堆焊熔覆材料,借助这些材料的某些特性,使堆焊层实现耐磨、耐腐蚀、减摩、抗高温、抗热氧化和生物相容性等功能。本文介绍了等离子弧堆焊熔覆粉末材料设计应遵循的一般原则和成分优化的基本方法,归纳了堆焊熔覆层材料现有体系及其研究现状,分析了等离子弧堆焊熔覆材料存在的问题并展望了其发展趋势。

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。

添加碳化钨铁基合金等离子弧熔覆复合涂层的组织分析

采用预置法等离子弧熔覆技术,在Q235钢基体表面熔覆了添加50%镍包WC(碳化钨)的Fe-Cr-B-Si合金粉末,制备了具有冶金结合的复合涂层.采用SEM,EDS,XRD等研究了涂层的组织,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度分布.结果表明,涂层与基体为冶金结合,其中部分WC分解,剩余WC主要分布在涂层的中、底部并与涂层结合良好,最后形成以γ-Fe为基,大颗粒WC,枝晶Fe3W3C,Fe6W6C,W2C等增强的复合涂层,涂层的显微硬度可达900～1100HV0.2.

等离子弧熔覆添加Al_2O_3+TiO_2铁基合金涂层组织和耐磨性

在Q235钢表面用等离子弧熔覆Ni-Cr-B-Si-Fe铁基合金涂层及添加不同含量Al2O3+TiO2铁基合金复合涂层,比较研究了这两种涂层的组织、显微硬度和磨损性能。结果表明,添加Al2O3+TiO2后的铁基复合涂层界面的生长形态发生变化,由初生的细长柱状树枝晶转变为小的枝晶,并且提供了形核的核心,细化了晶粒;其组织主要由晶粒细小的γ-Fe为基,以Cr23C6,Fe3C,Al2O3+TiO2为增强相的复合涂层;熔覆层的显微硬度可达600～655HV0.2。

刮板输送机中部槽等离子熔覆合金涂层技术

阐述了中部槽在刮板输送机的地位及中部槽磨损情况,提出了一种能使中部槽循环利用永不磨损的技术,并对该技术的理念以及实际应用情况进行了分析。实践证明该技术能满足不同层次耐磨工况的需要。

等离子熔覆技术在中部槽的应用及效果分析

针对刮板输送机中部槽因磨损破坏严重的问题,从中部槽的结构及工况入手,按照刮板输送机的摩擦机理,经计算机优化设计,采用等离子熔覆技术对中部槽易损部位进行修复,以期达到机体"永不磨损"效果。针对这种修复技术,对刮板输送机中部槽进行ANSYS有限元分析,对修复技术提出了理论支撑。

Q235钢表面等离子弧熔覆自粘结镍基WC的研究

在Q235钢基体上采用等离子弧熔覆自粘结镍基WC合金粉末,制备具有冶金结合的复合熔覆层.采用OM、SEM、EDS研究了熔覆层的组织,利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度分布.结果表明:熔覆层中WC颗粒全部熔解,熔覆层与钢基体形成冶金结合,熔覆层硬度达470 HV,熔覆层主要强化机制是碳化物的弥散强化,W、C、Cr等合金元素溶入γ-Ni(Me)中产生的固溶强化.

不同工艺参数对高硬度铁粉等离子弧增材熔覆的影响

目的优化马氏体不锈钢等离子弧增材熔覆工艺。方法利用等离子热源在300M表面对新型高硬度铁粉的增材熔覆工艺进行研究。基于三因素三水平熔覆工艺的正交试验,研究在大温度梯度熔覆环境下,等离子弧电流、焊枪移动速度及送粉速率对单道金属熔池的非平衡凝固组织的影响机制,综合考虑单道焊道宏观形貌、成形尺寸及稀释率,确定增材熔敷的电流、焊枪移动速度及送粉速率;在此基础上,基于多道单层及单道多层熔覆的宏观形貌及拉伸性能,确定多道多层增材熔覆的搭接率及熔覆工艺。结果在电流为140~180 A、移动速度为20~30 cm/min和送粉速率为20~30 r/min的工艺窗口内,电流对焊道的稀释率有较大影响,送粉速率次之;送粉速率对高宽比的影响最大,扫描速度次之。结论当电流大小为140 A,送粉速率为30 r/min,扫描速率为30 cm/min时,单道单层焊道的稀释率及宽高比最小,热影响区晶粒尺寸较小,叠加率为40%时,熔覆层表面平整度较高。

正交设计法优化等离子弧熔覆镍基碳化钨涂层工艺

采用等离子弧熔覆技术在Q345钢表面制备镍基碳化钨涂层,采用正交设计优化等离子弧堆焊工艺参数,以熔覆涂层表面成形质量、稀释率和硬度值作为考核指标,借助极差分析和方差分析研究离子气流量、送粉速度、电流、熔覆速度4个工艺参数对3个指标的影响规律。结果表明:对熔覆涂层成形质量影响的程度大小依次为:电流>离子气流量>送粉速度>熔覆速度;对熔覆涂层稀释率影响的程度大小依次为:电流>送粉速度>离子气流量>熔覆速度;对熔覆涂层硬度影响的程度大小依次为:离子气流量>电流>送粉速度>熔覆速度。最优工艺参数是:离子气流量1.0 L/min,送粉速度18 g/min,熔覆速度5 mm/s,电流80 A。在此工艺参数下镍基碳化钨涂层成形较好,稀释率为5.2%,表面宏观硬度达到HRC62.8,具有较好的耐磨性。

等离子熔覆技术应用分析

介绍了等离子熔覆的基本原理、熔覆材料和应用情况,对该技术的经济效益与传统技术的经济效益进行了比较,展望了其发展前景.

基于微弧等离子熔覆—注入技术的耐磨截齿研制

采用微弧等离子熔覆—注入技术在截齿表面制备复合合金层,研制了耐磨无火花截齿。该截齿在采煤过程中不产生火花,可提高煤炭开采的安全性,截齿的耐磨性能也显著提高,其使用寿命延长。

“微弧等离子精细熔覆技术与设备的研究”项目荣获河南省工信厅科技成果一等奖

由河南省煤科院耐磨技术有限公司、河南省煤炭科学研究院有限公司和山西焦煤爱钢装备再制造有限公司共同完成的“微弧等离子精细熔覆技术与设备的研究”项目于2013年6月荣获河南省工信厅科技成果一等奖。该项目针对镐型截齿上锥部表面易磨损、寿命短等问题，取得了重大创新突破：

等离子弧零稀释率熔覆处理的研究

利用等离子弧对低碳钢表面预涂的铁基自熔性合金粉末进行了熔覆处理,并对熔覆层的组织结构和性能进行了分析研究。研究结果表明,在一定的工艺参数下,铁基自熔性合金粉末可以在钢的表面形成一层铺展均匀、结合牢固、具有零稀释率特点的熔覆层。

多元合金加入对Fe65粉末等离子熔覆层组织和性能的影响

采用微束等离子熔覆方法,在H13钢基体上制备了以自熔性合金粉末Fe65为基础成分、添加适量Al、W、V的正交实验熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、高温回火性能和高温氧化性能。结果表明,正交实验熔覆层的显微组织中,奥氏体晶粒细小,短针状FeAl和Fe3Al金属间化合物沿晶分布,Cr7C3、WC、VC等碳化物呈枝晶分布,马氏体消失;与熔覆层后的空冷相比,经700℃高温回火后,正交组熔覆层的硬度提高,8H（Fe65-12%Al-4%W-1%V）熔覆层的硬度增加显著,抗高温回火性能最优,而参照组Fe65粉末覆层硬度明显下降,H13钢硬度则较低。在700℃高温氧化试验中,加入适量Al的正交组熔覆层的抗高温氧化性能大大优于Fe65粉末覆层及H13钢,其中8H覆层的氧化增重仅分别为Fe65粉末覆层、H13钢的32%及8.5%,表现出优异的高温抗氧化性能。

热等离子弧熔覆合金涂层的制备与组织性能

在自制的热等离子非转移弧熔覆设备上用 Stellite Ni6 0合金在钢的表面上进行熔覆处理。用优化后的熔覆工艺参数可以获得零稀释率的熔覆层 ,而且熔覆层与基体结合牢固。在对熔覆层进行化学成分、组织结构分析后发现 :熔覆层可以分为三层组织结构 ,这三层组织结构的形成与熔池的凝固过程有关。实验结果证明 。

等离子喷涂涂层激光熔覆处理技术的研究

等离子喷涂涂层激光熔覆技术是一种新型表面改性技术。对等离子喷涂的AT-13涂层进行了激光熔覆处理,建立了连续移动三维瞬态激光熔覆等离子喷涂AT-13涂层温度场的计算模型,据此进行了有限元优化分析,并用优化的熔覆工艺参数开展了相关的试验研究,获得了均匀、致密、与基体结合力好的冶金成分熔覆层,熔覆后的涂层性能明显提高。

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。

等离子弧熔覆镍基耐磨涂层的组织与硬度

利用等离子熔覆技术在Q460低合金高强钢基体上熔覆制备了Ni基耐磨涂层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对等离子熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,熔覆层成型良好,与基体呈冶金结合,无裂纹、气孔等缺陷。熔覆层同基体结合部分为平面晶形态,熔覆层中部和上部主要为树枝晶。同基体相比,硬质相的形成以及固溶强化效应使得熔覆层的硬度提高。

等离子弧熔覆Ni基WC增材层组织及性能研究

采用等离子弧熔覆技术在30CrMo钢表面制备了不同WC含量的镍基合金增材层,对增材层的微观组织、力学性能和腐蚀性能进行了分析。结果表明,增材层均无裂纹且与基体冶金结合良好。所有增材层的硬度和耐蚀性均明显优于基体的,其中w(WC)60%的增材层平均硬度最高为HV569.20,是母材的2.1倍,w(WC)40%的增材层耐蚀性最好,腐蚀电流密度为8.32×10A/cm~2,比母材的低了一个数量级。带有增材层的复合材料抗弯强度相较于母材的略有提高,但塑性下降较多,断裂模式为脆性断裂。Ni基WC增材层提高了合金钢的硬度和耐蚀性,降低了其塑性。随着w(WC)的增加,硬度升高,耐蚀性先提高后降低。