电弧喷熔技术

第40卷第7期电焊栈VolL.40 No.72010年7月Electric Welding MachineJul.2010电弧喷熔技术宣兆志',任振安',姚庆君2,赵德春2(1.吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春130025;2.长春市三 宝机电设备厂,吉林长春130031)摘要:将电弧喷涂层进行电弧重熔可以消除孔隙等固有缺陷,减少氧化物等杂质含量,获得与基体为冶金结合且成形良好的表面层。顺次采用自制铁基药芯喷涂丝电弧喷涂和氩弧重熔方法获得电弧喷熔表面层,试验了电弧电流对重熔层组织和性能的影响。电弧喷熔层主要由马氏体基体和硼碳化合物组成,硬度和耐磨性较喷涂层有明显提高。关键词:电弧喷涂;电弧重熔;电弧喷熔;组织与性能中图分类号:TC443文献标识码:A文章编号: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前言对喷涂层进行重熔处理能够消除喷涂层中的热喷涂是利用热源将喷涂材料加热至熔融状态,气孔和氧化物夹渣,并与金属基材产生冶金结合，通过高速气流使其雾化并喷射到零件表面,以形成从而大幅度提高致密性和结合强度,使涂层具有更喷涂层的表面加工技术。喷涂层与基材之间为机械好的耐磨损、耐腐蚀和抗冲击性能(-5。按其加热方结合,是热喷涂技术最基本的特征。喷涂层与基体法,有火焰重熔、炉中重熔和感应重熔等多种形式，之间,以及喷涂层中颗粒之间主要通过镶嵌、咬合、近年来又发展了激光重熔和电子束重熔技术。火焰填塞的机械形式连接;其次是微区冶金结合和化学重熔、炉中重熔和感应重熔方法适用于镍基自熔合键结合;另外,喷涂层还存在固有的缺陷,例如喷涂金较溥喷涂层的重熔回。喷涂层金属在低于基体熔点层为层状结构,涂层中有较多孔隙和氧化物。因的温度熔融后与基体金属之间相互扩散,形成牢固此,喷涂层与基体之间结合强度较低,不适用于重的结合,获得表面喷焊层。例如,Ni60火焰喷焊涂层的载冲击和高应力工作条件-4。为了满足受力较大致密度和结合力高于FT45电弧喷涂层”。但激光重工况条件下的技术要求,有必要对喷涂层进行处理，熔和电子束重熔均需要贵重的大型设备,火焰重熔、消除内部缺陷,提高与基体的结合强度。中国煤化工:参数的控制要求收稿日期:2009- 09-16较:MHCNMHG如年米，国外研究人贝将虱弧用于等离子喷涂作者简介:宜兆志(1954- -). 男,吉林人,副教授.夫要从事烨接工艺焊接方法及自动控制方面的教学和研究工作。Al203+13%TiO2涂层的重熔处理图。由于陶瓷涂层不●20.8ladtvio Walding Moolin确究与设计宜兆志等:电弧喷熔技术第7期导电,采用双焊枪,在两个钨极间形成氩弧,使陶瓷.上进行磨损试验,砂纸为150*刚玉砂纸,载荷15N。涂层受热重熔,处理后涂层孔隙率下降,表面粗糙磨损前后分别用电子天平(AEU-210型,精度0.1 mg)度降低,消除了原来的层状结构，硬度和耐磨性大测定试件质量,计算失质量,比较耐磨性。幅度提高.TIC重熔可以得到与激光重熔类似的结果，由于其成本低,强化效果好,操作简单,易于推广，2试验结果与分析具有很大的应用价值。2.1宏观形貌与微观形貌为了拓宽喷熔技术的应用范围,本研究提出了电弧喷涂层断面微观形貌如图1所示。由于电电弧喷涂与重熔技术,简称为电弧喷熔技术。它是弧喷涂层是熔融的粒子经高压气流喷向基体,镶嵌以电弧热喷涂技术和电弧熔化技术为基础,将两者在粗糙的基体表面，所以涂层间为机械结合,涂层顺次作用获得的一种新型表面加工技术。先采用电与基体的结合也属于机械结合,其典型特征就是扁弧喷涂方法在金属基体上制备喷涂层,然后用电弧平的层状搭接结构,涂层中有一定的空隙。从图2加热喷涂层,使之完成熔化、结晶脱氧脱硫等物化的喷熔层.上表面形貌可以看出,电弧重熔后表面层冶金过程。同时金属基体表层熔化,熔化金属在液成形良好,表面散布着小颗粒灰黑色熔渣,这是由态下混合,使喷涂层与基体的结合由原来的机械结于B和Si元素在熔融状态具有强烈的还原脱氧作合为主变为完全冶金结合,堆叠的层状组织变为致用和良好的造渣、除气性能,与各种氧化物夹渣反密均匀的结晶组织,消除了孔隙、氧化物等喷涂层.应生成低熔点的硼硅酸盐熔渣,由于硼硅酸盐熔点固有的缺陷。温度下降后获得具有一定的组织成分低密度小流动性好,因而熔渣漂浮在液态金属表和性能的表面层。试验表明,采用电弧作为热源对电面熔渣上浮过程中带出了熔池中的气体,起到除气弧喷涂层进行重熔处理,可以获得设计成分、组织的作用。液态金属表面覆盖的熔渣隔绝了空气,避和性能的表面层。电弧喷熔表面层成形良好,表面平免了液态合金的氧化,与氩气一问起保护作用。重熔整,一般不用机械加工就可以投人使用。电弧喷熔技层断面分析表明.钢基体有少量熔化,因此重熔层术不仅适用于镍基材料,而且可以用于铁基材料。与钢其体的结合机制应与严格意义上的喷熔不同，既可以用于新零件的制造,在工件表面获得有一定而与堆焊相同。另外,大面积熔覆时应注意控制搭厚度和硬度的具有耐磨、耐蚀等性能的金属表面层,接量，既保证喷涂层熔化良好,又减少基体对表面又可以用于旧件修复。层的稀释作用。1试验材料、方法与设备试验材料为65Mn钢基体(φ110mmx10mm)和自制药芯喷涂丝。药芯主要组成为高碳铬铁、硼铁、硅铁低碳锰铁及钛铁,硼铁和硅铁可以脱氧并降低合金系统的熔点,以便在电弧重熔过程中表面层熔合良好并降低基体的稀释率。用药芯焊丝生产线制备φ3.0mm的药芯喷涂丝。电弧喷涂T艺参数:喷涂电压32 V.电流260A、压编空气压力784 kPa、喷.50μm涂距离140 mm。圄1喷涂层微观形貌电弧重熔采用钨极氩弧焊设备,焊枪的行走速电流大小对喷涂层电弧重熔后微观组织的影度由自动行走机构控制。试验电流对喷涂层电弧重响规律如图3所示。由图可知,重熔电流较小时,表熔的影响时,调节行走速度为5.0mm/s,改变电弧电面层由马氏体基体和较多硼碳化合物构成,一些硼流分别为160A.180A.200A和220 A,对电弧喷涂层碳化合物呈等轴晶。电流为200A时,喷熔层组织进行电弧重熔处理;然后对电弧喷熔层进行组织分类型中国煤化工较大,并多呈树析和性能测试，用洛氏硬度计测试喷熔层上表面硬度。枝晶MHCNMH(素烧损和基体的用线切割机将电弧重熔后的试样切成6mmx6mnx稀释件m增mr,心期里加口的衣出层层组织为马氏体、10mm的磨损试件,在ML-100型磨料磨损试验机残余奥氏体和细小的硼碳化合物。Elstis RWolbing Madino__ . 21.研究与谩计电焊横第40卷织形貌如图4所示,可见喷熔层底部为马氏体、残余160A .奥氏体和枝晶状硼碳化合物;熔合区为枝晶状马氏180A体和残余奧氏体。喷熔层与基体的界面较平直,有一薄层马氏体组织。65Mn为高碳低合金钢,其HAZ主200要为马氏体组织。220 A2电弧重熔后的外观形貌、50μm圉4电弧喷熔层 底部熔合区及HAZ组织2.2表面层硬度与耐磨性随着电流的增加，重熔层硬度先增加后降低，如图5所示。喷涂层中的B ,Si与合金中的Cr.C等元素生成多种金属间化合物和硼碳化合物,以硬质.50μm相弥散分布在重熔后的组织当中,这些硬质相提高a 160A了重熔层的硬度。6867}66电6564+旋6362-b 200A160 170180190200210220电流IA图5不同电流下的硬度曲线不同电流下的磨损曲线如图6所示。电流为160A、180A和200A的三种喷涂层,电弧重熔后表面层磨损量均较小,当电流提高到220A时,磨损量迅速增大,耐磨性能急剧下降,这与表面层组织变化是一致的。由于喷涂层有较多缺陷,故宏观硬度较低(HRC41),S0μm而中国煤化，工货涂层的磨损失质c 220A .量THCN M H G为21-26 mg,重熔图3电流对电弧啧熔层微观组织的影响后的丽磨任有明並旋尚。可见,电弧喷涂层与喷熔层电弧电流为200A时,喷熔层底部和HAZ的组的组织、硬度和耐磨性差别很大,对喷涂层进行电22.8tatvio Hiding Maokino_.研究与设计宜兆志等:电弧喷熔技术第7期26r弧重熔是必要的。.333应用试验25-如图7所示,选用小支撑辊进行电弧喷熔试验,曾24喷熔后表面较平滑,可以不加工直接投入使用。对23回转件表面进行电弧喷熔处理,当电弧电流、旋转速度和搭接量合适时，可以获得表面成形良好、与基22|体为冶金结合的喷熔层。试验表明,电弧喷熔技术工艺性良好,实际工作中可以根据基体材料喷涂层160 170 180 190 200 210 220材料及厚度选择喷涂和重熔参数,调节喷涂丝的合电流IA图6不同电流下的磨损曲 线金系统和重熔工艺参数,获得需要的喷熔表面层。圄7小支撑辊电 弧喷熔和回转件表面电弧啧熔样件3结论业出版社,1999(1)用焊接电弧对电弧喷涂层进行重熔处理,可[2] 潘延陵,陈 楚.表面工程-热喷涂技电焊机,1994,24(5):1-3.以消除喷涂层的孔隙、与基体结合不良等缺陷,获得[3] 揭晓华热喷涂涂层的重熔技术机材料导报1994):32-34.表面平整、成形良好的表面层。4] 赵文轸.自熔合金覆层工艺研究[].机械工程材料,1996,(2)在本试验条件下,将电弧喷涂层进行电弧重20(4);:13-15,22熔后,喷熔层组织为马氏体、残余奥氏体和硼碳化5] 安树春,程汉池,栗桌新,等.热喷涂涂层的重熔后处理工艺研究进展[小.表面技术,2009 ,38(2):73-77物,硬度和耐磨性有明显提高。(3)电弧喷熔技术工艺性好,可以调节喷涂丝的6] 戴中华,赵文轸,郝海燕高铬自熔合金喷焊涂层麝损特性研究|小材料保护,2003 ,36(2):7-9.合金成分和重熔I.艺参数,获得满足要求的喷熔表7] 苟国庆.沈义发,陈 辉,等电弧喷涂FT45涂层与Ni60面层。喷焊涂层组织性能研究[J].电焊机,2004, 34(5):53-55.8] J6zef Iwaszko.Surface remeling treatment of plasma-sprayed参考文献:Al03+13%TiO2 catining[J,Surface and Coatings Technology,[1]徐滨士,朱绍华表面T程的理论与技术[M],北京:国防工2006, 201(6):3443-3451.****************业业**当业*业*业业* *业*业*业业业业*业业* *紧欢迎订阅2010年《电焊机》杂志《电焊机)杂志是全国中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊)、<中文核心期刊数据库》收录期刊、“英国《科学文摘>(INSPEC)来源期刊"“俄罗斯《文摘杂志》收录期刊"“美国《剑桥科学文摘>(CSA)收录期刊" “波兰《哥白尼索引>(IC)"收录期刊等。欢迎大家踊跃订阅!欢迎各位专家积极投稿!各地邮局均可订阅,邮发代号:62- 81,订价:10元/月,120元/年。中国煤化工联系电话:028- -83267908MHCNMHG米联系人:黄秀艳_ E-mail:bj@toweld.com8boovis Whlding .Mbadino__ . 23.