高频感应重熔Ni60AA合金热喷涂粉末涂层的研究
陆在平 ，田玉亮 ，朱成才
热喷涂技术
引：随着“低碳经济”的发展，对热喷涂技术也提 出更高的要求。在目前热喷涂中，大量应用的氧一乙炔火焰喷焊工艺，但是这种方法对于各种圆柱形零件的表面强化会产生较多的热能能耗，并由于操作环境差，严重影响工件的处理效率，最终使得质量的可控性差。同时有研究表面，因火焰喷涂时工件受热而积大，温度高，使基体组织和性能降低，且易产生变形。这样处理的工作使用中易发生磨损失效，极大地影响了使用寿命。针对于圆柱形工件的高频感应重熔，其涂层表面平整，后续不加工或加工量较少，且有良好的性能，越来越受机械加工企业的重视，但是对于大中型圆柱性工件的感应重熔修复，报导极少。
本文针对某大型工件的表面修复，研发出一种新型的镍铬硼硅合金热喷涂粉末，进行了喷涂感应重熔复合工艺的研究，以期研制出适合其工作要求的涂层，解决在大型工件上进行感应重熔的工艺的实践。并初步探讨了感应重熔过程中的有关问题。
摘 要：针对某大型圆柱形工件，利用Ni60AA合金热喷涂粉末，采用高频感应重熔工艺，在工件表面制备了合金涂层，并对涂层的组织进行了分析并测试了涂层的硬度和耐磨性。结果表明，感应熔涂制备的涂层与基体形成了良好的冶金结合，涂层与基体之间存在明显的“白亮带”，涂层基体中分布着丰富的硬质相，显著提高了涂层的硬度，具有良好的耐磨性。
关键词：热喷涂；热喷涂粉末；Ni60AA；感应重熔；耐磨性
1实验材料与方法
基体材料为45Cr钢，试样尺寸为外径65mm，长80mm，壁厚10mm的中空圆柱1 将加工好的试件表面除油，吹砂后，用7H枪匕粉，单边厚压嘣潍I在f6mm，随后用高频感应熔覆。感应圈为单匝，与试件的尺寸间隙为3mm；所用材料为自行设计成分的Ni60AA，成分如下( %)：Ni余量；Cr15～19；B3～5；Si3～5；Fe<5；C0．7～1．0。热喷涂粉末的物理性能如下：粒度104～45 m；松比4．4g／cm3；流动性14．25s／50g；熔点960—1020~C。 试验设备为商购高频感应加热设备和自行设计的熔覆工装，如图1所示，感应加热设备的主要技术参数为三相交流电源(38ov、50Hz，电源容量300kVA)，振荡频率(200～250)KHz，振荡功率250KW，输出功率200kW；
2实验结果与讨论
2．1热喷涂粉末制备
高频感应熔覆工艺对热喷涂粉末的性能要求极高，如果热喷涂粉末性能不合适，在操作时，会造成“镜面”过窄，无法控制，造成工件形成“结瘤”，不利操作，而且产品会出现气孔等缺陷，造成试件报废。
通过多次摸索，采用水雾化工艺生产，热喷涂粉末新貌见图2。
2．2涂层组织结构
图3是Ni60AA涂层组织在扫描电镜下的观察结果。从图中可以看出，涂层组织明显分为3个区，从界面开始依次“表面急冷区”，“固熔区”，“白亮带”。其中，“表面急冷区”比较窄，“白亮带”最窄，涂层大部分为块状相区。
根据前人的研究结果，出现白亮带是感应重熔涂层组织的一个特征，“白亮带”是涂层和基体组织相互扩散的结果，由于涂层材料与基体在导磁性上存在巨大的特性差异，根据感应加热中的涡流分布特点及材料的导磁性，涂层与基体的界面处涡流最大，导致界面处温度较高，在能量的作用下，促使涂层中的元素向材料基体迁移，这可能是高频感应熔涂中形成白亮带的原因之一。白亮带的形成说明了高频感应熔涂涂层和基体呈现良好的冶金结合，由于感应加热是一个极其短暂的过程，其后的冷却降温也是比较迅速，在这一过程中，涂层上任一点在进人感应器内时被急剧加热到液相线温度，离开感应线圈后就进人急剧冷却状态，只能依靠前段基体的热传导，涂层几乎没有保温时间，只呈现出随线圈移动的“镜面”，加热能量的表面集中和急热急冷的特点，使得基材热影响程度较小，涂层合金向基体扩散的扩散带与火焰重熔相比过渡区的范围要小一些。
由图3可以看出涂层从表面到基材存在着明显的树枝晶，并主要集中在表面，表明涂层从界面开始形核长大，由于界面层温度较高处于熔融状态时间较长，而表层的温度较低，冷却速度快，因此涂层由于传热方向的影响，界面处的晶粒以树枝晶方式生长，涂层表面则由于冷速快形成薄层的等轴晶粒，成分偏析也较界面处均匀。
根据文献资料，在涂层中，当硅化物相和硼化铬相的出现与铬含量也有很大的关系。当铬含量大于8％时，会出现Ni3 Si相，而硼化铬相会以CrB，CrB，Cr2B等相形式出现。在富铬区，碳的铬化物以Cr2 C、CrTC 、Cr，C：形式出现，多余的铬就与硼形成为少量的硼化铬相，更多的硼则与镍固溶形成镍硼化物，镍硼化物的形成则减少了Ni在si中的固溶度，使得涂层中还出现了镍的硅化物相。图4为固熔区，在涂层中固溶体中分布着弥散的黑色质点，经过能谱分析，黑色块状组织是富集铬的硬质相。在固溶体相中，大量弥散分布着块状组织的硬质相，使得涂层具有良好耐磨性。
2．3硬度及耐磨性分析
焊层硬度采用HR一150A7型光学洛氏硬度计测定。由20批次Ni60AA试样测试数据统计得出，Ni60的硬度稳定在HRC 58～62之间。
将Ni60AA合金热喷涂粉末的感应试样制成标准摩擦磨损试件(19．05 ITIB×12．32 mm×12．32 mm)，磨损试验在MRH一3型高速环块磨损试验机上进行，磨损小意图见图4，耐磨性能试验采用干摩擦滑动，试验条件：载荷200N，转速40Or／min，磨损时间10min，室温25~C。摩擦磨损试验卸载后，先用酒精加超声波清洗试块，然后采用精度为0．1 mm的
BS2 1 0S型分析天平称量试样的摩擦磨损失重。堆焊层的磨损量见表1，从表1可以看出，堆焊层磨损量较母材磨损量大幅度减少，即堆焊层耐磨性能较高，通常认为焊层的耐磨性与其硬度值、显微组织结构有紧密的联系，在相同条件下，一定范围内堆焊层的表面硬度HRC越高，则耐磨性越好。
3结论
感应重熔工艺所得涂层与基体都形成了良好的冶金结合，界面出现了白亮带。
(2)在涂层中具有良好的硬度，在涂层中，形成了硬质相，提高了抗磨性。
图略
参考文献略
本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http://www.sunspraying.com/
|
