電弧噴熔技術(shù)

第40卷第7期電焊棧VolL.40 No.72010年7月Electric Welding MachineJul.2010電弧噴熔技術(shù)宣兆志',任振安',姚慶君2,趙德春2(1.吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長(cháng)春130025;2.長(cháng)春市三 寶機電設備廠(chǎng),吉林長(cháng)春130031)摘要:將電弧噴涂層進(jìn)行電弧重熔可以消除孔隙等固有缺陷,減少氧化物等雜質(zhì)含量,獲得與基體為冶金結合且成形良好的表面層。順次采用自制鐵基藥芯噴涂絲電弧噴涂和氬弧重熔方法獲得電弧噴熔表面層,試驗了電弧電流對重熔層組織和性能的影響。電弧噴熔層主要由馬氏體基體和硼碳化合物組成,硬度和耐磨性較噴涂層有明顯提高。關(guān)鍵詞:電弧噴涂;電弧重熔;電弧噴熔;組織與性能中圖分類(lèi)號:TC443文獻標識碼:A文章編號:1001-2303(2010)07 0020-04Arc spraying and remelting techniqueXUAN Zhao zhi' , REN Zhen-an' , YAO Qing-jun2 ,ZHAO De -chun2(1 .School of Materials Science and Engineering ,Ji'lin University , Changchun 130025 , China; 2.Changchun SanbaoMechatronics Equipment Factory ,Changehun 130031 ,China)Abetract:Inherent defects such as pores and oxides in sprayed coatings could be cleared up by arc remelting.And the well fornedsurface layers malalurically bonded with the substrate would be gained.In this paper ,the are spraying with the self-made flux-coredwire and the argon are remelting processes were applied sequentially to gain the arc spraying and remeling suface layersTheinluence of arc currents on the structures and the properties of the remeled layers was experimenled.Their microstrucures were mainlyconsisted of martensite matrix and boron and carbon compounds.Moreover , their hardness and abrasive resistance were obviouslyincreased over those of the are aprayed coatings.Key words :are spraying;arc remelting;arce spraying and remeling;tuctures and properties0前言對噴涂層進(jìn)行重熔處理能夠消除噴涂層中的熱噴涂是利用熱源將噴涂材料加熱至熔融狀態(tài),氣孔和氧化物夾渣,并與金屬基材產(chǎn)生冶金結合，通過(guò)高速氣流使其霧化并噴射到零件表面,以形成從而大幅度提高致密性和結合強度,使涂層具有更噴涂層的表面加工技術(shù)。噴涂層與基材之間為機械好的耐磨損、耐腐蝕和抗沖擊性能(-5。按其加熱方結合,是熱噴涂技術(shù)最基本的特征。噴涂層與基體法,有火焰重熔、爐中重熔和感應重熔等多種形式，之間,以及噴涂層中顆粒之間主要通過(guò)鑲嵌、咬合、近年來(lái)又發(fā)展了激光重熔和電子束重熔技術(shù)?；鹧嫣钊臋C械形式連接;其次是微區冶金結合和化學(xué)重熔、爐中重熔和感應重熔方法適用于鎳基自熔合鍵結合;另外,噴涂層還存在固有的缺陷,例如噴涂金較溥噴涂層的重熔回。噴涂層金屬在低于基體熔點(diǎn)層為層狀結構,涂層中有較多孔隙和氧化物。因的溫度熔融后與基體金屬之間相互擴散,形成牢固此,噴涂層與基體之間結合強度較低,不適用于重的結合,獲得表面噴焊層。例如,Ni60火焰噴焊涂層的載沖擊和高應力工作條件-4。為了滿(mǎn)足受力較大致密度和結合力高于FT45電弧噴涂層”。但激光重工況條件下的技術(shù)要求,有必要對噴涂層進(jìn)行處理，熔和電子束重熔均需要貴重的大型設備,火焰重熔、消除內部缺陷,提高與基體的結合強度。中國煤化工:參數的控制要求收稿日期:2009- 09-16較:MHCNMHG如年米，國外研究人貝將虱弧用于等離子噴涂作者簡(jiǎn)介:宜兆志(1954- -). 男,吉林人,副教授.夫要從事燁接工藝焊接方法及自動(dòng)控制方面的教學(xué)和研究工作。Al203+13%TiO2涂層的重熔處理圖。由于陶瓷涂層不●20.8ladtvio Walding Moolin確究與設計宜兆志等:電弧噴熔技術(shù)第7期導電,采用雙焊槍,在兩個(gè)鎢極間形成氬弧,使陶瓷.上進(jìn)行磨損試驗,砂紙為150*剛玉砂紙,載荷15N。涂層受熱重熔,處理后涂層孔隙率下降,表面粗糙磨損前后分別用電子天平(AEU-210型,精度0.1 mg)度降低,消除了原來(lái)的層狀結構，硬度和耐磨性大測定試件質(zhì)量,計算失質(zhì)量,比較耐磨性。幅度提高.TIC重熔可以得到與激光重熔類(lèi)似的結果，由于其成本低,強化效果好,操作簡(jiǎn)單,易于推廣，2試驗結果與分析具有很大的應用價(jià)值。2.1宏觀(guān)形貌與微觀(guān)形貌為了拓寬噴熔技術(shù)的應用范圍,本研究提出了電弧噴涂層斷面微觀(guān)形貌如圖1所示。由于電電弧噴涂與重熔技術(shù),簡(jiǎn)稱(chēng)為電弧噴熔技術(shù)。它是弧噴涂層是熔融的粒子經(jīng)高壓氣流噴向基體,鑲嵌以電弧熱噴涂技術(shù)和電弧熔化技術(shù)為基礎,將兩者在粗糙的基體表面，所以涂層間為機械結合,涂層順次作用獲得的一種新型表面加工技術(shù)。先采用電與基體的結合也屬于機械結合,其典型特征就是扁弧噴涂方法在金屬基體上制備噴涂層,然后用電弧平的層狀搭接結構,涂層中有一定的空隙。從圖2加熱噴涂層,使之完成熔化、結晶脫氧脫硫等物化的噴熔層.上表面形貌可以看出,電弧重熔后表面層冶金過(guò)程。同時(shí)金屬基體表層熔化,熔化金屬在液成形良好,表面散布著(zhù)小顆?；液谏墼?這是由態(tài)下混合,使噴涂層與基體的結合由原來(lái)的機械結于B和Si元素在熔融狀態(tài)具有強烈的還原脫氧作合為主變?yōu)橥耆苯鸾Y合,堆疊的層狀組織變?yōu)橹掠煤土己玫脑煸?、除氣性?與各種氧化物夾渣反密均勻的結晶組織,消除了孔隙、氧化物等噴涂層.應生成低熔點(diǎn)的硼硅酸鹽熔渣,由于硼硅酸鹽熔點(diǎn)固有的缺陷。溫度下降后獲得具有一定的組織成分低密度小流動(dòng)性好,因而熔渣漂浮在液態(tài)金屬表和性能的表面層。試驗表明,采用電弧作為熱源對電面熔渣上浮過(guò)程中帶出了熔池中的氣體,起到除氣弧噴涂層進(jìn)行重熔處理,可以獲得設計成分、組織的作用。液態(tài)金屬表面覆蓋的熔渣隔絕了空氣,避和性能的表面層。電弧噴熔表面層成形良好,表面平免了液態(tài)合金的氧化,與氬氣一問(wèn)起保護作用。重熔整,一般不用機械加工就可以投人使用。電弧噴熔技層斷面分析表明.鋼基體有少量熔化,因此重熔層術(shù)不僅適用于鎳基材料,而且可以用于鐵基材料。與鋼其體的結合機制應與嚴格意義上的噴熔不同，既可以用于新零件的制造,在工件表面獲得有一定而與堆焊相同。另外,大面積熔覆時(shí)應注意控制搭厚度和硬度的具有耐磨、耐蝕等性能的金屬表面層,接量，既保證噴涂層熔化良好,又減少基體對表面又可以用于舊件修復。層的稀釋作用。1試驗材料、方法與設備試驗材料為65Mn鋼基體(φ110mmx10mm)和自制藥芯噴涂絲。藥芯主要組成為高碳鉻鐵、硼鐵、硅鐵低碳錳鐵及鈦鐵,硼鐵和硅鐵可以脫氧并降低合金系統的熔點(diǎn),以便在電弧重熔過(guò)程中表面層熔合良好并降低基體的稀釋率。用藥芯焊絲生產(chǎn)線(xiàn)制備φ3.0mm的藥芯噴涂絲。電弧噴涂T藝參數:噴涂電壓32 V.電流260A、壓編空氣壓力784 kPa、噴.50μm涂距離140 mm。圄1噴涂層微觀(guān)形貌電弧重熔采用鎢極氬弧焊設備,焊槍的行走速電流大小對噴涂層電弧重熔后微觀(guān)組織的影度由自動(dòng)行走機構控制。試驗電流對噴涂層電弧重響規律如圖3所示。由圖可知,重熔電流較小時(shí),表熔的影響時(shí),調節行走速度為5.0mm/s,改變電弧電面層由馬氏體基體和較多硼碳化合物構成,一些硼流分別為160A.180A.200A和220 A,對電弧噴涂層碳化合物呈等軸晶。電流為200A時(shí),噴熔層組織進(jìn)行電弧重熔處理;然后對電弧噴熔層進(jìn)行組織分類(lèi)型中國煤化工較大,并多呈樹(shù)析和性能測試，用洛氏硬度計測試噴熔層上表面硬度。枝晶MHCNMH(素燒損和基體的用線(xiàn)切割機將電弧重熔后的試樣切成6mmx6mnx稀釋件m增mr,心期里加口的衣出層層組織為馬氏體、10mm的磨損試件,在ML-100型磨料磨損試驗機殘余奧氏體和細小的硼碳化合物。Elstis RWolbing Madino__ . 21.研究與謾計電焊橫第40卷織形貌如圖4所示,可見(jiàn)噴熔層底部為馬氏體、殘余160A .奧氏體和枝晶狀硼碳化合物;熔合區為枝晶狀馬氏180A體和殘余奧氏體。噴熔層與基體的界面較平直,有一薄層馬氏體組織。65Mn為高碳低合金鋼,其HAZ主200要為馬氏體組織。220 A2電弧重熔后的外觀(guān)形貌、50μm圉4電弧噴熔層 底部熔合區及HAZ組織2.2表面層硬度與耐磨性隨著(zhù)電流的增加，重熔層硬度先增加后降低，如圖5所示。噴涂層中的B ,Si與合金中的Cr.C等元素生成多種金屬間化合物和硼碳化合物,以硬質(zhì).50μm相彌散分布在重熔后的組織當中,這些硬質(zhì)相提高a 160A了重熔層的硬度。6867}66電6564+旋6362-b 200A160 170180190200210220電流IA圖5不同電流下的硬度曲線(xiàn)不同電流下的磨損曲線(xiàn)如圖6所示。電流為160A、180A和200A的三種噴涂層,電弧重熔后表面層磨損量均較小,當電流提高到220A時(shí),磨損量迅速增大,耐磨性能急劇下降,這與表面層組織變化是一致的。由于噴涂層有較多缺陷,故宏觀(guān)硬度較低(HRC41),S0μm而中國煤化，工貨涂層的磨損失質(zhì)c 220A .量THCN M H G為21-26 mg,重熔圖3電流對電弧嘖熔層微觀(guān)組織的影響后的麗磨任有明並旋尚?？梢?jiàn),電弧噴涂層與噴熔層電弧電流為200A時(shí),噴熔層底部和HAZ的組的組織、硬度和耐磨性差別很大,對噴涂層進(jìn)行電22.8tatvio Hiding Maokino_.研究與設計宜兆志等:電弧噴熔技術(shù)第7期26r弧重熔是必要的。.333應用試驗25-如圖7所示,選用小支撐輥進(jìn)行電弧噴熔試驗,曾24噴熔后表面較平滑,可以不加工直接投入使用。對23回轉件表面進(jìn)行電弧噴熔處理,當電弧電流、旋轉速度和搭接量合適時(shí)，可以獲得表面成形良好、與基22|體為冶金結合的噴熔層。試驗表明,電弧噴熔技術(shù)工藝性良好,實(shí)際工作中可以根據基體材料噴涂層160 170 180 190 200 210 220材料及厚度選擇噴涂和重熔參數,調節噴涂絲的合電流IA圖6不同電流下的磨損曲 線(xiàn)金系統和重熔工藝參數,獲得需要的噴熔表面層。圄7小支撐輥電 弧噴熔和回轉件表面電弧嘖熔樣件3結論業(yè)出版社,1999(1)用焊接電弧對電弧噴涂層進(jìn)行重熔處理,可[2] 潘延陵,陳 楚.表面工程-熱噴涂技電焊機,1994,24(5):1-3.以消除噴涂層的孔隙、與基體結合不良等缺陷,獲得[3] 揭曉華熱噴涂涂層的重熔技術(shù)機材料導報1994):32-34.表面平整、成形良好的表面層。4] 趙文軫.自熔合金覆層工藝研究[].機械工程材料,1996,(2)在本試驗條件下,將電弧噴涂層進(jìn)行電弧重20(4);:13-15,22熔后,噴熔層組織為馬氏體、殘余奧氏體和硼碳化5] 安樹(shù)春,程漢池,栗桌新,等.熱噴涂涂層的重熔后處理工藝研究進(jìn)展[小.表面技術(shù),2009 ,38(2):73-77物,硬度和耐磨性有明顯提高。(3)電弧噴熔技術(shù)工藝性好,可以調節噴涂絲的6] 戴中華,趙文軫,郝海燕高鉻自熔合金噴焊涂層麝損特性研究|小材料保護,2003 ,36(2):7-9.合金成分和重熔I.藝參數,獲得滿(mǎn)足要求的噴熔表7] 茍國慶.沈義發(fā),陳 輝,等電弧噴涂FT45涂層與Ni60面層。噴焊涂層組織性能研究[J].電焊機,2004, 34(5):53-55.8] J6zef Iwaszko.Surface remeling treatment of plasma-sprayed參考文獻:Al03+13%TiO2 catining[J,Surface and Coatings Technology,[1]徐濱士,朱紹華表面T程的理論與技術(shù)[M],北京:國防工2006, 201(6):3443-3451.****************業(yè)業(yè)**當業(yè)*業(yè)*業(yè)業(yè)* *業(yè)*業(yè)*業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)*業(yè)業(yè)* *緊歡迎訂閱2010年《電焊機》雜志《電焊機)雜志是全國中文核心期刊、中國科技論文統計源期刊(中國科技核心期刊)、<中文核心期刊數據庫》收錄期刊、“英國《科學(xué)文摘>(INSPEC)來(lái)源期刊"“俄羅斯《文摘雜志》收錄期刊"“美國《劍橋科學(xué)文摘>(CSA)收錄期刊" “波蘭《哥白尼索引>(IC)"收錄期刊等。歡迎大家踴躍訂閱!歡迎各位專(zhuān)家積極投稿!各地郵局均可訂閱,郵發(fā)代號:62- 81,訂價(jià):10元/月,120元/年。中國煤化工聯(lián)系電話(huà):028- -83267908MHCNMHG米聯(lián)系人:黃秀艷_ E-mail:bj@toweld.com8boovis Whlding .Mbadino__ . 23.